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影響光伏電池組件性能的‘罪魁禍?zhǔn)住航棠闳绾巫R別隱裂問題

發(fā)布時間:2016-02-11 責(zé)任編輯:susan

【導(dǎo)讀】隱裂、熱斑、PID效應(yīng),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(guān)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(jié)構(gòu)的自身特性,晶硅電池片十分容易發(fā)生破裂。晶體硅組件生產(chǎn)的工藝流程長,許多環(huán)節(jié)都可能造成電池片隱裂(據(jù)西安交大楊宏老師的資料,僅電池生產(chǎn)階段就有約200種原因)。隱裂產(chǎn)生的本質(zhì)原因,可歸納為在硅片上產(chǎn)生了機(jī)械應(yīng)力或熱應(yīng)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(fā)展,從而降低了電池片防止機(jī)械破壞的能力。
  
2011年,德國ISFH公布了他們的研究結(jié)果:根據(jù)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(jié)構(gòu)
  
根據(jù)晶硅電池的結(jié)構(gòu),如上圖,電池片產(chǎn)生的電流要依靠“表面的主柵線及垂直于主柵線的細(xì)柵線”搜集和導(dǎo)出。當(dāng)隱裂導(dǎo)致細(xì)柵線斷裂時,細(xì)柵線無法將收集的電流輸送到主柵線,將會導(dǎo)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(jù)研究結(jié)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(xì)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(dǎo)電膜,所以這也是薄膜組件無隱裂的一個原因。
  
有研究結(jié)果顯示,組件中某單個電池片的失效面積在8%以內(nèi)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(wěn)定沒有影響。因此,當(dāng)組件中的電池片出現(xiàn)隱裂后,可能會產(chǎn)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(fā)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(dǎo)體PN結(jié),在沒有其它激勵(例如光照、電壓、溫度)的條件下,其內(nèi)部處于一個動態(tài)平衡狀態(tài),電子和空穴的數(shù)量相對保持穩(wěn)定。
  
如果施加電壓,半導(dǎo)體中的內(nèi)部電場將被削弱,N區(qū)的電子將會被推向P區(qū),與P區(qū)的空穴復(fù)合(也可理解為P區(qū)的空穴被推向N區(qū),與N區(qū)的電子復(fù)合),復(fù)合之后以光的形式輔射出去,即電致發(fā)光。
  
當(dāng)被施加正向偏壓之后,晶體硅電池就會發(fā)光,波長1100nm左右,屬于紅外波段,肉眼觀測不到。因此,在進(jìn)行EL測試時,需利用CCD相機(jī)輔助捕捉這些光子,然后通過計算機(jī)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(fā)出的電子和空穴復(fù)合的數(shù)量越多,其發(fā)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(qū)域EL圖像比較暗,說明該處產(chǎn)生的電子和空穴數(shù)量較少(例如圖3中電池中部),代表該處存在缺陷(復(fù)合中心);如果有的區(qū)域完全是暗的,代表該處沒有發(fā)生電子和空穴的復(fù)合(圖3和圖4中紅線所標(biāo)處),也或者是所發(fā)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?,F(xiàn)象。
 
圖5:正常組件EL圖像
  
四.小結(jié)
  
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(chǎn)、運輸、安裝和維護(hù)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(jìn)和細(xì)化作業(yè)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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