如何識別光伏電池組件的隱裂問題

隱裂、熱斑、PID效應，是影響光伏組件性能的三個重要原因，近期為大家所關注。之前的文章中，對熱斑、PID效應效應進行了介紹，今天來說一下隱裂。

1、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

2、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。

45deg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。

3、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

4、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。