高艷飛　申海超

（中電投西安太陽能西寧分公司青海西寧810007）

EL測試在晶硅電池及組件質(zhì)量控制中的應(yīng)用

高艷飛申海超

（中電投西安太陽能西寧分公司青海西寧810007）

針對(duì)EL測試在晶硅電池及組件質(zhì)量控制中的應(yīng)用，重點(diǎn)分析近紅外檢測的手段，說明其作用，通過這種方式，能夠發(fā)現(xiàn)晶體硅太陽電池的隱性缺陷，主要有硅材料缺陷、擴(kuò)散方面的缺陷及生產(chǎn)過程存在的缺陷等，簡要分析了造成這些缺陷的原因，通過EL測試可以發(fā)現(xiàn)以往常規(guī)手段難以發(fā)現(xiàn)的品質(zhì)缺陷，對(duì)提升電池品質(zhì)大有裨益。

太陽電池；電致發(fā)光；電池缺陷；隱裂；斷柵

中國科技飛速發(fā)展，促進(jìn)光伏行業(yè)的改革，光伏組件質(zhì)量有所提升，并強(qiáng)化了其質(zhì)量控制及測試手段。原有組件外觀和電性能測試已經(jīng)無法滿足該行業(yè)的要求，要測試晶體硅太陽電池及組件的潛在缺陷，這種方式稱為EL測試。EL測試已經(jīng)得到廣泛應(yīng)用，在多家晶體硅太陽電池及組件生產(chǎn)廠家使用，通過這種手段，晶體硅太陽電池及組件得到了較好的質(zhì)量檢測和質(zhì)量控制。

1　EL測試的原理

EL測試在太陽電池中得到較好運(yùn)用，其少子的擴(kuò)散長度要高于勢(shì)壘寬度，工作人員需要掌握電子和空穴通過勢(shì)壘時(shí)存在復(fù)合而消失的情況，然后繼續(xù)向擴(kuò)散區(qū)擴(kuò)散。在特定的電壓下主要是正向偏置，p-n結(jié)勢(shì)壘區(qū)和擴(kuò)散區(qū)都擁有少數(shù)載流子，然后這些非平衡狀態(tài)會(huì)與大多數(shù)載流子復(fù)合，并散發(fā)光亮，這就是太陽電池發(fā)光的主要原理[1]，具體情況見圖1[2]。

圖1　EL測試原理圖

圖2　電致發(fā)光的光譜圖

在EL測試中，晶體硅太陽電池加上正向偏置電壓，都會(huì)向電池注入大量非平衡載流子和直流電源，是產(chǎn)生非平衡載流子的主要設(shè)備。電池通過在這些非平衡載流子與平衡的載流子不斷復(fù)合而發(fā)生光亮，形成光伏效應(yīng)的逆過程，然后利用有效的相機(jī)捕捉這些光子，計(jì)算機(jī)處理后，顯示的整個(gè)過程都要在暗室進(jìn)行。EL測試圖像亮度，會(huì)與電池片的少子壽命及電流密度成正比排列[4]，具體內(nèi)容如圖3所示。在太陽電池出現(xiàn)缺陷的地方，少子擴(kuò)散長度比較短，且能夠顯示，此時(shí)圖像展示的亮度較差。在EL測試后，分析圖像，能夠清晰地發(fā)現(xiàn)太陽電池及組件潛在的缺陷，工作人員要做好記錄，并合理制定合理的措施。

2　EL測試常見缺陷及分析

2.1破片

在測試組件測試中，工作人員發(fā)現(xiàn)其中存有破片，這種情況主要是封裝過程中的焊接和層壓導(dǎo)致。在測試圖中，這種情況主要顯示為黑塊，見圖4。電池片破裂后，沒有電流注入，所以該區(qū)域不會(huì)發(fā)出亮光。布，工作人員很難在晶體中分辨是多晶硅的晶界還是電池片中的隱裂紋，見圖5。

圖3　EL強(qiáng)度決定于正向注入電流密度和少子擴(kuò)散長度（電致發(fā)光強(qiáng)度/cd）

圖4　組件破片EL圖像

2.2隱裂

晶體硅太陽電池選用的硅材料容易破碎，所以工作人員在組裝中要注意裂片產(chǎn)生的不同形式。這種形式主要有兩種，一種是顯裂，另一種是隱裂。在實(shí)際工作中，顯裂能夠用眼睛看到，工作人員可以在組件生產(chǎn)中通過分序的方式，剔除這種情況。而在隱裂的分辨中，工作人員無法使用肉眼看到，所以在生產(chǎn)中存在破片問題。太陽電池中的單晶硅的解離面有一定規(guī)則，能夠在EL測試圖中更加清楚掌握單晶硅電池的隱裂紋，然后分析這種規(guī)律性。一般情況下，這種隱裂紋都是沿著對(duì)角線的方向，呈“X”狀分

根據(jù)研究顯示，在晶體硅太陽電池中，長度超過1 mm的裂紋無法應(yīng)對(duì)較大的承載，一般以2 400 Pa為上限，這種壓力會(huì)對(duì)電池產(chǎn)生嚴(yán)重影響[5]。工作人員在戶外使用這種電池時(shí)，會(huì)加大裂縫的程度，使其變成碎片，導(dǎo)致電性能的損失或開路，這種情況下會(huì)嚴(yán)重影響電池的壽命和可靠性，所以，工作人員要進(jìn)行EL測試。情況，見圖8。

圖5　單、多晶電池片隱裂EL圖像

2.3斷柵

在電池片中出現(xiàn)斷柵，是因?yàn)殡姵仄旧頄啪€印刷不夠細(xì)致或焊接過程存在失誤導(dǎo)致。在EL測試中，要分析電池片中主柵線的暗線，對(duì)其注入電流，如果密度很小或基本沒有，會(huì)導(dǎo)致電池片的斷柵出光度較弱，見圖6。

圖6　單、多晶電池片虛印、斷柵EL圖像

2.4燒結(jié)缺陷

生產(chǎn)電池片的過程中，要重視燒結(jié)工序，然后掌握這種工藝參數(shù)。如果燒結(jié)設(shè)備存在缺陷，就是會(huì)導(dǎo)致生產(chǎn)出的電池片在測試中，出現(xiàn)大面積的履帶印，這種情況下如果進(jìn)行工裝改造，就能夠較好改善這個(gè)問題。其現(xiàn)象如圖7所示。

圖7　履帶印EL圖像

2.5黑芯片

在EL測試圖中，工作人員發(fā)現(xiàn)黑芯片能夠清晰地看到電池片中心到邊緣逐漸變亮的區(qū)域，其主要原因產(chǎn)生在硅材料制作過程中，即硅棒的拉制過程中，主要與溶解度和分凝系數(shù)有關(guān)。這種缺陷主要是晶體硅電池片內(nèi)的少量載流子濃度降低，然后造成這種缺陷，最后出現(xiàn)電池片在EL測試成像圖片中部分顏色較淡的

圖8　黑芯片EL圖像

2.6漏電

漏電現(xiàn)象主要是電性能測試的問題，圖9主要顯示的是Irev2值偏大的片子。

圖9　漏電電池片EL圖像

從圖中可知，較粗黑線主要代表這個(gè)區(qū)域缺少探測器，無法分析光子的出現(xiàn)。工作人員需要使用顯微鏡觀察，發(fā)現(xiàn)電池正面銀漿印刷，并在硅片的表面有劃傷出現(xiàn)。在IV測試的分選中，要增加12 V反壓，然后增加正面的p-n結(jié)燒穿短路，所以其區(qū)域測試顯示為黑色。

2.7電池片混檔

電池片混檔這種情況主要存在于組件生產(chǎn)過程中，有部分電池片發(fā)光強(qiáng)度不均衡，電池片電流分檔受到影響，如圖10的組件混檔，就是電流或是電壓分檔不一致導(dǎo)致的。

圖10　組件混檔EL圖像

2.8電池片電阻不均勻

在EL測試中，工作人員要分析電池表面的發(fā)光強(qiáng)度，分析其出現(xiàn)的原因。電池片電阻不均勻，主要區(qū)域較暗，串聯(lián)電阻較大。這種缺陷在電池片少子壽命少的情況下，有明顯差異。例如電阻不均勻，太陽電池片分布的地段會(huì)呈現(xiàn)電阻大的情況。但從實(shí)際情況分析，這種缺陷密度較高，電池中會(huì)有少子符合，并逐漸增加符合速度，減少躍遷概率，這種現(xiàn)象會(huì)縮短少少子壽命，影響電池在EL測試中的亮度。

工作人員要明確電池片在使用上體現(xiàn)的功能，然后分析不均勻電阻及可能體現(xiàn)的參數(shù)數(shù)值，由這個(gè)因素分析并聯(lián)電阻對(duì)整個(gè)線路的影響。一般來講，并聯(lián)電阻不會(huì)對(duì)電池造成較大影響，但是p-n結(jié)反向特征明顯。工作人員要在并聯(lián)電阻的影響下，分析漏電流的影響及作用，并檢查和記錄電池功率的下降情況。

3　結(jié)語

EL測試在晶硅電池組件的應(yīng)用中，要明確主要使用的原理和方法，工作人員使用電致發(fā)光原理，對(duì)電池及其組件進(jìn)行紅外成像測試。在EL測試中，工作人員能夠準(zhǔn)確檢查出電池片中的情況，例如是否存在隱裂、電阻不均勻或斷柵等缺陷，這種隱形缺陷想無法通過人員肉眼查驗(yàn)，只能在試驗(yàn)中進(jìn)行分析。在測驗(yàn)中，如果出現(xiàn)人為劃痕也能被較好地分辨出來，工作人員通過這種方式進(jìn)行電池及其組件的檢測，充分體現(xiàn)EL在電池應(yīng)用和組件質(zhì)量使用中的作用[6]。

[1]劉恩科,朱秉生,羅晉生,等.半導(dǎo)體物理學(xué)[M].西安:西安交通大學(xué)出版社,1998.

[2]Y.Takahashi,Y.Kaji,A.Ogane,et al."-Luminoscopy-Novel Tool for the Diagnosis of Crystalline Silicon solar cells and Modules Utilizing Electroluminescence"[R].Tokyo:IEEE,2006.

[3]P.Würfel,T.Trupke,and T.Puzzer.Diffusion lengths of silicon solar cells fromluminescenceimages[J].J.Appl.Phys,2007(101):110-123.

[4]柳效輝,徐林,肖晨江,等.晶體硅太陽電池電致發(fā)光的研究[J].太陽能學(xué)報(bào),2011,6(6):21-25.

[5]肖嬌,徐林,曹建明.缺陷太陽電池EL圖像及伏安特性分析[J].現(xiàn)代科學(xué)儀器,2010,10(5):105-107.

[6]鄭建邦,任駒,郭文閣,等.太陽電池內(nèi)部電阻對(duì)其輸出特性影響的仿真[J].太陽能學(xué)報(bào),2006,27(2):121-125.

高艷飛（1980—），男，河北邢臺(tái)人，2005年畢業(yè)于河北科技大學(xué)應(yīng)用物理專業(yè)，助理工程師。