面對(duì)日益嚴(yán)重的生態(tài)環(huán)境和傳統(tǒng)能源短缺等危機(jī)，光伏組件制造行業(yè)迅猛發(fā)展，光伏組件質(zhì)量控制環(huán)節(jié)中測試手段的不斷增強(qiáng)，原來的外觀和電性能測試已經(jīng)遠(yuǎn)遠(yuǎn)不能滿足行業(yè)的需求。目前一種可以測試晶體硅太陽電池及組件潛在缺陷的方法為行業(yè)內(nèi)廣泛采用，文章基于電致發(fā)光(Electroluminescence)的理論，介紹利用近紅外檢測方法，可以檢測出晶體硅太陽電池及組件中常見的隱性缺陷。主要包括：隱裂、黑心片、花片、斷柵、短路等組件缺陷，同時(shí)結(jié)合組件測試過程中發(fā)現(xiàn)的缺陷對(duì)造成的原因加以分析總結(jié)。

1、概述

隨著社會(huì)對(duì)綠色清潔能源的需求量急劇飆升，我國的組件生產(chǎn)量將進(jìn)一步擴(kuò)大，2010年中國太陽能電池產(chǎn)量達(dá)10673MW，占世界總額的44.7%，位居世界前列。缺陷檢測是太陽電池組件生產(chǎn)制備過程中的核心步驟，因硅電池單元一般采用硅棒切割生產(chǎn)，在生產(chǎn)過程中容易受到損傷，產(chǎn)生虛焊、隱裂、斷柵等問題，這些問題對(duì)電池的轉(zhuǎn)換效率和使用壽命有著嚴(yán)重的影響，嚴(yán)重時(shí)將危害組件甚至光伏發(fā)電系統(tǒng)的穩(wěn)定性。為了提高組件的效率及合格率，并能夠針對(duì)各生產(chǎn)環(huán)節(jié)中產(chǎn)生的缺陷情況及時(shí)調(diào)整維護(hù)生產(chǎn)設(shè)備，需配備大量的在線缺陷檢測設(shè)備。電致發(fā)光(EL)檢測由于其質(zhì)量高、成本低、且能快速、準(zhǔn)確識(shí)別出組件電池單元常見缺陷等特點(diǎn)，在組件封裝生產(chǎn)環(huán)節(jié)中得到了廣泛應(yīng)用，該檢測應(yīng)用對(duì)整個(gè)光伏產(chǎn)業(yè)具有深刻意義和重大價(jià)值。

2、電致發(fā)光（EL）測試原理

在太陽能電池中，少子的擴(kuò)散長度遠(yuǎn)遠(yuǎn)大于勢壘寬度，因此電子和空穴通過勢壘區(qū)時(shí)因復(fù)合而消失的幾率很小，繼續(xù)向擴(kuò)散區(qū)擴(kuò)散。在正向偏壓下，p-n結(jié)勢壘區(qū)和擴(kuò)散區(qū)注入了少數(shù)載流子。這些非平衡少數(shù)載流子不斷與多數(shù)載流子復(fù)合而發(fā)光，這就是太陽電池電致發(fā)光的基本原理。

太陽能電池電致發(fā)光(Electroluminescence)測試，又稱場致發(fā)光測試，簡稱EL測試。其原理是，通過對(duì)晶體硅太陽能電池外加正向偏壓，模擬實(shí)際使用中太陽光照射在電池組件上產(chǎn)生的等效直流電流，給單片電池片通入1-40mA的正向電流，電源便向電池注入大量非平衡載流子，作用于擴(kuò)散結(jié)兩邊，電能把處于基態(tài)的原子進(jìn)行激發(fā)，使其處于激發(fā)態(tài)，由于處于激發(fā)態(tài)的原子不穩(wěn)定，進(jìn)行自發(fā)輻射，這樣，電致發(fā)光依靠從擴(kuò)散區(qū)注入的大量非平衡載流子不斷地復(fù)合發(fā)光，放出光子，通過濾波片的作用及底片的曝光程度來了解在自發(fā)輻射中本征躍遷的情況，利用CCD相機(jī)捕捉到這些光子，利用少子壽命、密度與光強(qiáng)間的關(guān)系，即太陽能電池的電致發(fā)光亮度正比于少子擴(kuò)散長度，正比于電流密度，再通過計(jì)算機(jī)處理后顯示出來，如圖1所示。這樣，從底片的曝光程度就可以判斷硅片中是否存在缺陷。

圖1、EL測試原理圖

由于本征硅的帶隙約為1.12eV，可以計(jì)算出晶體硅太陽能電池的帶間直接輻射符合的EL光伏的峰值應(yīng)該在1150mm附近，所以EL測試的光屬于近紅外光(NIR)。這些光線只有在不受外光(即太陽能、可見光、紅外線、紫外線等)干擾下才能被紅外光學(xué)相機(jī)捕捉到，這就要求整個(gè)組件發(fā)光只有在暗箱狀態(tài)下才能被相機(jī)捕捉，因而，整個(gè)EL測試過程是在一個(gè)不會(huì)被外光干擾的暗箱中進(jìn)行的，只有這樣可以準(zhǔn)確地判別電池片或組件是否存在缺陷，否則將會(huì)對(duì)產(chǎn)品的性能產(chǎn)生重大影響。

3、晶體硅組件缺陷分類及常見缺陷分析

在日常來料檢驗(yàn)過程中，通過對(duì)電池組件的EL測試，能夠合理有效控制由于工藝參數(shù)設(shè)置不當(dāng)和人為因素引起的組件不良缺陷。大多數(shù)組件缺陷都是由于電池片及組件的生產(chǎn)工藝不合理及人為等外在因素造成的。晶體硅組件缺陷主要包括：隱裂(裂紋)、破片、黑心片、黑團(tuán)片、黑斑片、履帶片、斷線、穿孔、邊緣過刻、主柵線漏電、副柵線漏電、境界漏電、燒結(jié)缺陷、短路黑片、非短路黑片、網(wǎng)格片、過焊片、明暗片、局部斷路片、位錯(cuò)、層錯(cuò)、虛焊或過焊等多種，下面列舉晶體硅組件四種常見缺陷，分別從EL成像特點(diǎn)、原因形成等方面進(jìn)行缺陷分析。

3.1、隱裂（裂紋片、破片）

(1)產(chǎn)生原因：電池片在生產(chǎn)制造過程中，由于在焊接或搬運(yùn)過程中受到外力作用造成;電池片在低溫下沒有經(jīng)過預(yù)熱在短時(shí)間內(nèi)突然受到高溫后出現(xiàn)膨脹造成隱裂現(xiàn)象。(2)成像特點(diǎn)：由于單晶硅的解離面具有一定的規(guī)則，通過EL成像圖可以清晰地看到單晶硅電池片的隱裂紋呈現(xiàn)“x”狀圖形;多晶硅電池片由于晶界的影響有時(shí)很難區(qū)分是多晶硅的晶界還是電池片中的隱裂紋。裂紋片的成像特點(diǎn)是裂紋在EL測試下產(chǎn)生明顯的明暗差異的紋路(黑線)。如圖2、3所示。(3)組件影響：組件隱裂后，長時(shí)間運(yùn)行會(huì)造成組件功率衰減;經(jīng)過一段時(shí)間積累后，組件會(huì)出現(xiàn)熱斑現(xiàn)象，直接造成組件損壞。

圖2、EL測試成像(隱裂)

圖3、EL測試成像(隱裂)