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影響光伏電池組件性能的‘罪魁禍首’:教你如何識別隱裂問題

發布時間:2016-02-11 責任編輯:susan

【導讀】隱裂、熱斑、PID效應,是影響光伏組件性能的三個重要因素,近期得到大家的廣泛關注。本篇文章主要是來說一下隱裂。
 
一.什么是“隱裂”?
  
隱裂是電池片的缺陷。
  
由于晶體結構的自身特性,晶硅電池片十分容易發生破裂。晶體硅組件生產的工藝流程長,許多環節都可能造成電池片隱裂(據西安交大楊宏老師的資料,僅電池生產階段就有約200種原因)。隱裂產生的本質原因,可歸納為在硅片上產生了機械應力或熱應力。
  
近幾年,晶硅組件廠家為了降低成本,晶硅電池片一直向越來越薄的方向發展,從而降低了電池片防止機械破壞的能力。
  
2011年,德國ISFH公布了他們的研究結果:根據電池片隱裂的形狀,可分為5類:樹狀裂紋、綜合型裂紋、斜裂紋、平行于主柵線、垂直于柵線和貫穿整個電池片的裂紋。
 
圖1:晶硅電池隱裂形狀
  
二.“隱裂”對組件性能的影響
  
不同的隱裂,對電池片功能造成的影響是不一樣的。先來看一張電池片的放大圖。
 
圖2:晶硅電池片結構
  
根據晶硅電池的結構,如上圖,電池片產生的電流要依靠“表面的主柵線及垂直于主柵線的細柵線”搜集和導出。當隱裂導致細柵線斷裂時,細柵線無法將收集的電流輸送到主柵線,將會導致電池片部分甚至全部失效。
  
基于上述原因,對電池片功能影響最大的,是平行于主柵線的隱裂(第4類)。根據研究結果,50%的失效片來自于平行于主柵線的隱裂。
  
45°傾斜裂紋(第3類)的效率損失是平行于主柵線損失的1/4。
垂直于主柵線的裂紋(第5類)幾乎不影響細柵線,因此造成電池片失效的面積幾乎為零。
  
相比于晶硅電池表面的柵線,薄膜電池表面整體覆蓋了一層透明導電膜,所以這也是薄膜組件無隱裂的一個原因。
  
有研究結果顯示,組件中某單個電池片的失效面積在8%以內時,對組件的功率影響不大,組件中2/3的斜條紋對組件的功率穩定沒有影響。因此,當組件中的電池片出現隱裂后,可能會產生效率損失,但不必談隱裂“色變”。
  
三.檢測“隱裂”的手段
  
EL(Electroluminescence,電致發光)是簡單有效的檢測隱裂的方法。其檢測原理如下。
  
電池片的核心部分是半導體PN結,在沒有其它激勵(例如光照、電壓、溫度)的條件下,其內部處于一個動態平衡狀態,電子和空穴的數量相對保持穩定。
  
如果施加電壓,半導體中的內部電場將被削弱,N區的電子將會被推向P區,與P區的空穴復合(也可理解為P區的空穴被推向N區,與N區的電子復合),復合之后以光的形式輔射出去,即電致發光。
  
當被施加正向偏壓之后,晶體硅電池就會發光,波長1100nm左右,屬于紅外波段,肉眼觀測不到。因此,在進行EL測試時,需利用CCD相機輔助捕捉這些光子,然后通過計算機處理后以圖像的形式顯示出來。
  
給晶硅組件施加電壓后,所激發出的電子和空穴復合的數量越多,其發射出的光子也就越多,所測得的EL圖像也就越亮;如果有的區域EL圖像比較暗,說明該處產生的電子和空穴數量較少(例如圖3中電池中部),代表該處存在缺陷(復合中心);如果有的區域完全是暗的,代表該處沒有發生電子和空穴的復合(圖3和圖4中紅線所標處),也或者是所發光被其它障礙所遮擋(圖3和圖4主柵線處),無法檢測到信號。
 
圖3:黑心片                                                                                    
 
圖4:隱裂片
  
圖中中間扭曲是因為組件尺寸太大,圖像采用了拼接方式,屬于正常現象。
 
圖5:正常組件EL圖像
  
四.小結
  
1.隱裂有多種,并不是所有的隱裂都會影響電池片的性能;
  
2.在組件生產、運輸、安裝和維護過程中,考慮到晶硅組件的易裂特征,還需在各工序段和搬運、施工過程中改進和細化作業流程,減小組件隱裂的可能性。
  
3.EL是簡單有效的檢測隱裂的方法。 
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