結合EL（電致光檢測）解析光伏組件質量缺陷

王盛強，邢 佳，齊英新

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

隨著我國光伏并網電站建設量不斷擴充，截至2018年上半年，光伏組件國內總體產能約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，新增光伏并網裝機容量為9.65吉瓦，分布式占7.685吉瓦，占主導地位，整體增長趨于平衡。與此同時，根據目前光伏產業的技術進步和成本降低，依據“關于2018年光伏發電項目政策的通知”，降低了光伏電站標桿上網電價，同時取消了普通光伏電站建設指標，加快了光伏并網電站平價上網進度，基于以上原因根據建設規模，光伏組件采購價格勢必會在原有基礎上再降低，光伏組件質量問題將面臨巨大的挑戰，如何提高光伏組件生產質量，降低生產成本，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量問題和造成原因。

1 光伏組件質量缺陷分類和分析

目前，光伏組件的質量檢驗是通過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，可以快速準確地確定各種電池片的質量，由于工藝參數和人為因素的不正確設置而導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，已經分析了大量文檔，這些分析的結果對組件制造商控制生產過程和客戶對選擇高質量產品和維護具有指導意義。圖1是從EL測試圖像和生產過程中列舉光伏組件常見缺陷示例。分別從成像特點、產生原因、組件影響和預防措施等方面進行分析[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分。隱裂片的成像特征是在EL試驗下裂紋會產生明顯差異的線（黑線），并且裂紋的方向是不確定的[2]。（2）產生原因：電池片在焊接過程中或者組件搬運過程中由于外力引起;同時由于電池片在低溫下不進行預熱，突然在短時間內膨脹到高溫，高溫膨脹引起裂縫現象。（3）組件影響：組件破裂后，內部電池電流缺失或部分損壞，電池片本身的細網格線斷裂。電流的收集受到影響，長時間運行導致隱裂更嚴重、變成碎片、組件性能下降、功率衰減等技術問題；降低組件的使用壽命和可靠性。長時間積累，光伏組件會出現熱斑效應的，后果就是造成組件損壞。（4）預防措施：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，提高工作責任心，做到輕拿輕放，同時優化組件層壓工藝，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，細柵處的光強度弱或不發光主要都是電池片的未連接導致的。（2）產生原因：柵極遭到破壞的主要是由于在印刷過程中出現細柵斷點及細柵缺失而引起的，導致主柵線和細柵線不能形成環路。同時，電池柵線沒有標準化焊接或電池板印刷不良，絲網印刷質量不好或絲網印刷參數設置不當，切割硅片不均勻，出現斷層現象。（3）組件影響：在降低光伏組件的光電轉換效率的同時，不利于收集電流。（4）預防措施：合理設置絲網印刷參數，絲網物料的搭配，建立絲網標準作業規程，實時監控RS能很大幅度地減少絲網印刷產生的斷柵，同時可以加裝自動分選機進行在線監控。

1.1.3 黑芯片（黑團片）

（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光。由此形成復合致密區域，在通電的情況下，電池片的中心呈現黑色區域[3]。（2）產生原因：在硅棒拉晶過程中，硅棒中分凝系數大與氧的溶解度有直接關系，同時硅料受到不同程度污染，少數載流子的壽命降低原因是硅晶片的錯位造成，導致電池的部分黑化。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，引起內部位錯缺陷主要原因是過大的熱應力。（3）組件影響：在組件中出現黑色芯片后，長時間運行會造成熱擊穿，當測試組件IV特性曲線時，曲線呈現階梯形狀，長時間運行會導致組件輸出功率下降。（4）預防措施：合理調整硅棒中分凝系數大和氧的溶解度，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一塊或多塊全黑色電池片。（2）產生原因：組件電池片串焊接過程中造成正負極互聯條短路，接線盒二極管正負極焊反、接線接錯及互聯條虛焊等，同時在組件被層壓之前，混合低效率電池單元，并且硅晶片的質量差或者N型片被誤用。沒有PN結也是EL成像完全黑的原因之一[4]。（3）組件影響：填充系數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）預防措施：當電池片焊接時，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 組件生產工藝

光伏組件加工技術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中質量的主要問題是：電池片隱裂、蝸牛紋、EVA脫層、硅膠不良導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線斷裂、產生氣泡、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工藝常見缺陷來詳細說明產生原因、組件影響及預防措施[5]。

1.2.1 電池片隱裂

（1）產生原因：電池板在焊接或處理過程中由于外力而破裂；在低溫下，電池片未經過預熱處理，在短時間內高溫后突然出現膨脹，導致開裂，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；隱裂長時間運行，會導致熱斑效應，直接影響電池組件性能，直至電池組件燒毀報廢。（3）預防措施：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行預熱處理，電烙鐵工作溫度必須符合生產工藝技術要求。

1.2.2 EVA脫層

（1）產生原因：組件層壓機工作環境溫度過低，層壓時間短，即交聯度不合格造成；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質量不合格或過期，導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；組件層壓機的參數設置異常，導致低真空和密封圈裂縫。（2）組件影響：當分層面積小時，引起組件的功率衰減，并且分層區域逐漸擴大，這直接導致組件的報廢失效。（3）預防措施：組件層壓前要進行細致檢查，車間生產環境溫度要持續改善，同時嚴格控制層壓機工作溫度、層壓時間等重要參數，并根據技術要求定期進行交聯度測試，控制交聯度在85%±5%以內，加強EVA來料檢驗環節，過期的EVA應定期銷毀；嚴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0.3毫米；組件層壓前，根據生產工藝要求合理設置層壓機各項參數，極個別參數定期進行校準等。

1.2.3 電池片虛焊、過焊

（1）產生原因：串焊或者單個電池片時，導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境的溫度太低都可能造成；導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部電極被破壞，加速光伏組件功率衰減，縮短組件壽命。（3）預防措施：電池片串焊時，要合理設定焊接溫度，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，加強電致光檢測質量，防止不良問題影響下一道工序，定期加強管理互連條浸泡液和時間。

1.2.4 電池片間及電池片上產生氣泡

（1）產生原因：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中交聯劑的蒸發加速，在固化階段不能實現交聯化學反應，當光伏組件層壓時，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交聯反應，反應速率及泵送時間不能得到有效匹配。造成交聯劑的氣體不能及時消除，光伏組件層壓后，在組件內部有氣體被封裝，然后，因為浸泡在助焊劑中的互連條帶沒有完全干燥，就進行焊接工作，在電池板的表面上產生少量焊劑殘留物，也是光伏組件中產生氣泡的主要原因[7]。（2）組件影響：嚴重時會造成組件直接報廢的主要原因是組件內部產生氣泡會造成脫層。（3）預防措施：開箱后的12小時內EVA要及時使用，未開箱的和開箱后未使用完的EVA應保存在環境溫度為26℃以下，濕度為80%以下，調整組件層壓時間等參數，避免薄層EVA提前固化。

1.2.5 貧硅膠導致分層細胞中的交叉隱藏裂縫

（1）產生原因：組件層壓機工作環境溫度過低，組件層壓時間短，交聯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。組件或內部電池片受到外力碰撞，在搬運過程中產生裂縫。（2）組件影響：分層后，很容易使水進入組件，導致組件內部短路或組件報廢。（3）預防措施：組件層壓前要對車間生產環境溫度進行檢查，同時對層壓機工作溫度、層壓時間等重要參數做到嚴格控制；并且定期進行交聯度測試，交聯度應在85%±5%以內為最佳；加強EVA來料檢驗環節，過期的EVA應定期銷毀；組件鋁邊框打膠時操作方法要得當，縫隙處要密封到位，在搬運過程中要避免光伏組件受到外力碰撞。

2 結論

通過光伏組件生產工藝及EL檢測圖像兩個方面深度剖析了光伏組件質量問題，從中發現無論在EL檢測圖像還是在光伏組件生產過程中，光伏組件的質量主要還是集中在生產過程控制上，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。特別在現有國家光伏發電政策下，組件制造技術不斷創新，其價格持續走低，如何能夠徹底改善光伏組件的生產制造工藝，保證光伏組件生產質量，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。