結(jié)合EL（電致光檢測）解析光伏組件質(zhì)量缺陷

王盛強(qiáng)，邢 佳，齊英新

（1.遼寧太陽能研究應(yīng)用有限公司，遼寧 沈陽110136；2.沈陽興源電力設(shè)備有限公司，遼寧 沈陽110136）

隨著我國光伏并網(wǎng)電站建設(shè)量不斷擴(kuò)充，截至2018年上半年，光伏組件國內(nèi)總體產(chǎn)能約42吉瓦，與去年同比增長24%，出口量約19吉瓦，與去年同比增幅25%；2018年一季度，新增光伏并網(wǎng)裝機(jī)容量為9.65吉瓦，分布式占7.685吉瓦，占主導(dǎo)地位，整體增長趨于平衡。與此同時，根據(jù)目前光伏產(chǎn)業(yè)的技術(shù)進(jìn)步和成本降低，依據(jù)“關(guān)于2018年光伏發(fā)電項目政策的通知”，降低了光伏電站標(biāo)桿上網(wǎng)電價，同時取消了普通光伏電站建設(shè)指標(biāo)，加快了光伏并網(wǎng)電站平價上網(wǎng)進(jìn)度，基于以上原因根據(jù)建設(shè)規(guī)模，光伏組件采購價格勢必會在原有基礎(chǔ)上再降低，光伏組件質(zhì)量問題將面臨巨大的挑戰(zhàn)，如何提高光伏組件生產(chǎn)質(zhì)量，降低生產(chǎn)成本，提高組件出廠良品率將成為光伏組件市場中制勝的法寶。下面就結(jié)合EL（電致光檢測）和光伏組件加工工藝來著重分析組件常見質(zhì)量問題和造成原因。

1 光伏組件質(zhì)量缺陷分類和分析

目前，光伏組件的質(zhì)量檢驗是通過EL測試的圖像來判斷的。通過光伏組件層壓過程中的EL測試圖像，可以快速準(zhǔn)確地確定各種電池片的質(zhì)量，由于工藝參數(shù)和人為因素的不正確設(shè)置而導(dǎo)致的缺陷組件可以得到有效的控制。如電池裂縫，焊接不良，短路，邊緣過切，主柵線漏電，黑團(tuán)片、短路黑片、副柵線漏電、黑心片、過焊片等由于上述原因，已經(jīng)分析了大量文檔，這些分析的結(jié)果對組件制造商控制生產(chǎn)過程和客戶對選擇高質(zhì)量產(chǎn)品和維護(hù)具有指導(dǎo)意義。圖1是從EL測試圖像和生產(chǎn)過程中列舉光伏組件常見缺陷示例。分別從成像特點、產(chǎn)生原因、組件影響和預(yù)防措施等方面進(jìn)行分析[1]。

圖1 光伏組件常見缺陷示例

1.1 EL檢測圖像

1.1.1 隱裂和碎片

（1）EL成像特點：通過EL成像可以清楚地看出，單晶硅電池片呈現(xiàn)出“x”圖案;由于晶界的影響，多晶硅的晶界或電池中的隱藏裂縫有時難以區(qū)分。隱裂片的成像特征是在EL試驗下裂紋會產(chǎn)生明顯差異的線（黑線），并且裂紋的方向是不確定的[2]。（2）產(chǎn)生原因：電池片在焊接過程中或者組件搬運(yùn)過程中由于外力引起;同時由于電池片在低溫下不進(jìn)行預(yù)熱，突然在短時間內(nèi)膨脹到高溫，高溫膨脹引起裂縫現(xiàn)象。（3）組件影響：組件破裂后，內(nèi)部電池電流缺失或部分損壞，電池片本身的細(xì)網(wǎng)格線斷裂。電流的收集受到影響，長時間運(yùn)行導(dǎo)致隱裂更嚴(yán)重、變成碎片、組件性能下降、功率衰減等技術(shù)問題；降低組件的使用壽命和可靠性。長時間積累，光伏組件會出現(xiàn)熱斑效應(yīng)的，后果就是造成組件損壞。（4）預(yù)防措施：由于電池片本身相對脆弱并且容易破裂，所以在生產(chǎn)電池片和組件程壓過程中很容易造成裂縫。所以在電池片篩查過程中，提高工作責(zé)任心，做到輕拿輕放，同時優(yōu)化組件層壓工藝，在組件層壓之前及時更換裂縫可以減少成品組件的缺陷。

1.1.2 斷柵

（1）EL成像特點：從EL圖像中，在兩個網(wǎng)格線之間存在垂直線，并且沿著單元的主柵線存在暗線。同時，細(xì)柵處的光強(qiáng)度弱或不發(fā)光主要都是電池片的未連接導(dǎo)致的。（2）產(chǎn)生原因：柵極遭到破壞的主要是由于在印刷過程中出現(xiàn)細(xì)柵斷點及細(xì)柵缺失而引起的，導(dǎo)致主柵線和細(xì)柵線不能形成環(huán)路。同時，電池柵線沒有標(biāo)準(zhǔn)化焊接或電池板印刷不良，絲網(wǎng)印刷質(zhì)量不好或絲網(wǎng)印刷參數(shù)設(shè)置不當(dāng)，切割硅片不均勻，出現(xiàn)斷層現(xiàn)象。（3）組件影響：在降低光伏組件的光電轉(zhuǎn)換效率的同時，不利于收集電流。（4）預(yù)防措施：合理設(shè)置絲網(wǎng)印刷參數(shù)，絲網(wǎng)物料的搭配，建立絲網(wǎng)標(biāo)準(zhǔn)作業(yè)規(guī)程，實時監(jiān)控RS能很大幅度地減少絲網(wǎng)印刷產(chǎn)生的斷柵，同時可以加裝自動分選機(jī)進(jìn)行在線監(jiān)控。

1.1.3 黑芯片（黑團(tuán)片）

（1）EL成像特點：在EL圖像中，您可以看到從單元中心到邊緣逐漸變亮的同心圓。電池片部分變黑，圖像看起來很弱或沒有發(fā)光。由此形成復(fù)合致密區(qū)域，在通電的情況下，電池片的中心呈現(xiàn)黑色區(qū)域[3]。（2）產(chǎn)生原因：在硅棒拉晶過程中，硅棒中分凝系數(shù)大與氧的溶解度有直接關(guān)系，同時硅料受到不同程度污染，少數(shù)載流子的壽命降低原因是硅晶片的錯位造成，導(dǎo)致電池的部分黑化。同時，由于縮短了晶體定向凝固時間，熔體的潛熱釋放和熱場溫度梯度匹配度不高，加快了晶體生長速度，引起內(nèi)部位錯缺陷主要原因是過大的熱應(yīng)力。（3）組件影響：在組件中出現(xiàn)黑色芯片后，長時間運(yùn)行會造成熱擊穿，當(dāng)測試組件IV特性曲線時，曲線呈現(xiàn)階梯形狀，長時間運(yùn)行會導(dǎo)致組件輸出功率下降。（4）預(yù)防措施：合理調(diào)整硅棒中分凝系數(shù)大和氧的溶解度，避免硅料受到污染。

1.1.4 短路黑芯片（非短路黑色芯片）

（1）EL成像特點：光伏組件在某個位置會出現(xiàn)一塊或多塊全黑色電池片。（2）產(chǎn)生原因：組件電池片串焊接過程中造成正負(fù)極互聯(lián)條短路，接線盒二極管正負(fù)極焊反、接線接錯及互聯(lián)條虛焊等，同時在組件被層壓之前，混合低效率電池單元，并且硅晶片的質(zhì)量差或者N型片被誤用。沒有PN結(jié)也是EL成像完全黑的原因之一[4]。（3）組件影響：填充系數(shù)及組件輸出功率會受到很大影響。組件IV特性曲線呈階梯式的，短路電池片不能提供外部電源，整個光伏組件的輸出功率降低，IV特性曲線的最大功率減小。（4）預(yù)防措施：當(dāng)電池片焊接時，焊料留在邊緣以避免溫度低時的焊點。組件層壓后，檢查接線盒二極管是否焊接及引線是否異常焊接。

1.2 組件生產(chǎn)工藝

光伏組件加工技術(shù)主要包括電池片檢測，電池串焊，元件堆疊，元件層壓，電池片單焊，安裝框架和安裝接線盒，成品測試和包裝到倉庫等。每個流程之間都是相互作用相互制約的。光伏組件在實際生產(chǎn)中質(zhì)量的主要問題是：電池片隱裂、蝸牛紋、EVA脫層、硅膠不良導(dǎo)致封層及電池片交叉隱裂紋、光伏組件燒壞、組件接線盒起火、電池片助焊劑用量過多、虛焊和過焊、焊帶偏移或焊接后翹曲破片、組件鋼化玻璃爆破和接線盒導(dǎo)線斷裂、產(chǎn)生氣泡、熱斑和脫層、硅膠氣泡和縫隙、漏打膠、引線虛焊等，下面將列舉幾種光伏組件生產(chǎn)工藝常見缺陷來詳細(xì)說明產(chǎn)生原因、組件影響及預(yù)防措施[5]。

1.2.1 電池片隱裂

（1）產(chǎn)生原因：電池板在焊接或處理過程中由于外力而破裂；在低溫下，電池片未經(jīng)過預(yù)熱處理，在短時間內(nèi)高溫后突然出現(xiàn)膨脹，導(dǎo)致開裂，電池片在單焊或者串焊時瞬間溫度過高等[6]。（2）組件影響：造成組件功率衰減；隱裂長時間運(yùn)行，會導(dǎo)致熱斑效應(yīng)，直接影響電池組件性能，直至電池組件燒毀報廢。（3）預(yù)防措施：在焊接或處理過程中盡量避免電池板受到外力的沖擊，在電池片單焊或者串焊過程中要提前將電池片進(jìn)行預(yù)熱處理，電烙鐵工作溫度必須符合生產(chǎn)工藝技術(shù)要求。

1.2.2 EVA脫層

（1）產(chǎn)生原因：組件層壓機(jī)工作環(huán)境溫度過低，層壓時間短，即交聯(lián)度不合格造成；在層壓之前，EVA、玻璃和背板等原材料的表面是由異物引起的，EVA質(zhì)量不合格或過期，導(dǎo)致乙烯和乙酸乙烯酯不均勻，常溫下不能溶解，造成分層；焊接電池片時，阻焊劑用量過多，表面有殘留；組件層壓機(jī)的參數(shù)設(shè)置異常，導(dǎo)致低真空和密封圈裂縫。（2）組件影響：當(dāng)分層面積小時，引起組件的功率衰減，并且分層區(qū)域逐漸擴(kuò)大，這直接導(dǎo)致組件的報廢失效。（3）預(yù)防措施：組件層壓前要進(jìn)行細(xì)致檢查，車間生產(chǎn)環(huán)境溫度要持續(xù)改善，同時嚴(yán)格控制層壓機(jī)工作溫度、層壓時間等重要參數(shù)，并根據(jù)技術(shù)要求定期進(jìn)行交聯(lián)度測試，控制交聯(lián)度在85%±5%以內(nèi)，加強(qiáng)EVA來料檢驗環(huán)節(jié)，過期的EVA應(yīng)定期銷毀；嚴(yán)格控制電池單焊或串焊時使用的助焊劑量，并盡量不要超過主柵線兩側(cè)0.3毫米；組件層壓前，根據(jù)生產(chǎn)工藝要求合理設(shè)置層壓機(jī)各項參數(shù)，極個別參數(shù)定期進(jìn)行校準(zhǔn)等。

1.2.3 電池片虛焊、過焊

（1）產(chǎn)生原因：串焊或者單個電池片時，導(dǎo)致虛焊的主要原因是使用阻焊劑過少，焊接時速度過快及焊接工作環(huán)境的溫度太低都可能造成；導(dǎo)致過焊主要原因是焊接溫度過高或時間過長。（2）組件影響：在短時間內(nèi)焊接電池片，電池片和焊帶有分層的可能，造成光伏組件輸出功率衰減或完全失效；過度焊接很容易造成電池的內(nèi)部電極被破壞，加速光伏組件功率衰減，縮短組件壽命。（3）預(yù)防措施：電池片串焊時，要合理設(shè)定焊接溫度，并且要定期檢查，通常焊接停留時間在3~4秒之間最佳；同時使用少量助焊劑，保證烙鐵的焊接時間及工作溫度，加強(qiáng)電致光檢測質(zhì)量，防止不良問題影響下一道工序，定期加強(qiáng)管理互連條浸泡液和時間。

1.2.4 電池片間及電池片上產(chǎn)生氣泡

（1）產(chǎn)生原因：EVA超過使用期限或儲存時間過長，不符合儲存的溫度和濕度要求，造成EVA中交聯(lián)劑的蒸發(fā)加速，在固化階段不能實現(xiàn)交聯(lián)化學(xué)反應(yīng)，當(dāng)光伏組件層壓時，不封閉的加工工藝，造成EVA厚度不均勻，容易提前固化的地方一定是厚度比較薄的地方，EVA交聯(lián)反應(yīng)，反應(yīng)速率及泵送時間不能得到有效匹配。造成交聯(lián)劑的氣體不能及時消除，光伏組件層壓后，在組件內(nèi)部有氣體被封裝，然后，因為浸泡在助焊劑中的互連條帶沒有完全干燥，就進(jìn)行焊接工作，在電池板的表面上產(chǎn)生少量焊劑殘留物，也是光伏組件中產(chǎn)生氣泡的主要原因[7]。（2）組件影響：嚴(yán)重時會造成組件直接報廢的主要原因是組件內(nèi)部產(chǎn)生氣泡會造成脫層。（3）預(yù)防措施：開箱后的12小時內(nèi)EVA要及時使用，未開箱的和開箱后未使用完的EVA應(yīng)保存在環(huán)境溫度為26℃以下，濕度為80%以下，調(diào)整組件層壓時間等參數(shù)，避免薄層EVA提前固化。

1.2.5 貧硅膠導(dǎo)致分層細(xì)胞中的交叉隱藏裂縫

（1）產(chǎn)生原因：組件層壓機(jī)工作環(huán)境溫度過低，組件層壓時間短，交聯(lián)度不合格是主要原因；在層壓之前，EVA，玻璃和背板等原材料的表面由異物引起，鋁框架不均勻地粘合并具有間隙。組件或內(nèi)部電池片受到外力碰撞，在搬運(yùn)過程中產(chǎn)生裂縫。（2）組件影響：分層后，很容易使水進(jìn)入組件，導(dǎo)致組件內(nèi)部短路或組件報廢。（3）預(yù)防措施：組件層壓前要對車間生產(chǎn)環(huán)境溫度進(jìn)行檢查，同時對層壓機(jī)工作溫度、層壓時間等重要參數(shù)做到嚴(yán)格控制；并且定期進(jìn)行交聯(lián)度測試，交聯(lián)度應(yīng)在85%±5%以內(nèi)為最佳；加強(qiáng)EVA來料檢驗環(huán)節(jié)，過期的EVA應(yīng)定期銷毀；組件鋁邊框打膠時操作方法要得當(dāng)，縫隙處要密封到位，在搬運(yùn)過程中要避免光伏組件受到外力碰撞。

2 結(jié)論

通過光伏組件生產(chǎn)工藝及EL檢測圖像兩個方面深度剖析了光伏組件質(zhì)量問題，從中發(fā)現(xiàn)無論在EL檢測圖像還是在光伏組件生產(chǎn)過程中，光伏組件的質(zhì)量主要還是集中在生產(chǎn)過程控制上，EL檢測只是一種有效的檢測手段。但只能反映問題的存在而無法解決問題本身。特別在現(xiàn)有國家光伏發(fā)電政策下，組件制造技術(shù)不斷創(chuàng)新，其價格持續(xù)走低，如何能夠徹底改善光伏組件的生產(chǎn)制造工藝，保證光伏組件生產(chǎn)質(zhì)量，降低制造成本，提高光伏組件成品率，降低組件出廠的不良率，還需要不斷的去研究和探索。