如何识别光伏电池组件的隐裂问题

隐裂、热斑、PID效应，是影响光伏组件性能的三个重要原因，近期为大家所关注。之前的文章中，对热斑、PID效应效应进行了介绍，今天来说一下隐裂。

1、什么是“隐裂”？

隐裂是电池片的缺陷。

由于晶体结构的自身特性，晶硅电池片十分容易发生破裂。晶体硅组件生产的工艺流程长，许多环节都可能造成电池片隐裂(据西安交大杨宏老师的资料，仅电池生产阶段就有约200种原因)。隐裂产生的本质原因，可归纳为在硅片上产生了机械应力或热应力。

近几年，晶硅组件厂家为了降低成本，晶硅电池片一直向越来越薄的方向发展，从而降低了电池片防止机械破坏的能力。

2011年，德国ISFH公布了他们的研究结果：根据电池片隐裂的形状，可分为5类：树状裂纹、综合型裂纹、斜裂纹、平行于主栅线、垂直于栅线和贯穿整个电池片的裂纹。

图1：晶硅电池隐裂形状

2、“隐裂”对组件性能的影响

不同的隐裂，对电池片功能造成的影响是不一样的。先来看一张电池片的放大图。

图2：晶硅电池片结构

根据晶硅电池的结构，如上图，电池片产生的电流要依靠“表面的主栅线及垂直于主栅线的细栅线”搜集和导出。当隐裂导致细栅线断裂时，细栅线无法将收集的电流输送到主栅线，将会导致电池片部分甚至全部失效。

基于上述原因，对电池片功能影响最大的，是平行于主栅线的隐裂(第4类)。根据研究结果，50%的失效片来自于平行于主栅线的隐裂。

45°倾斜裂纹(第3类)的效率损失是平行于主栅线损失的1/4。

垂直于主栅线的裂纹(第5类)几乎不影响细栅线，因此造成电池片失效的面积几乎为零。

相比于晶硅电池表面的栅线，薄膜电池表面整体覆盖了一层透明导电膜，所以这也是薄膜组件无隐裂的一个原因。

有研究结果显示，组件中某单个电池片的失效面积在8%以内时，对组件的功率影响不大，组件中2/3的斜条纹对组件的功率稳定没有影响。因此，当组件中的电池片出现隐裂后，可能会产生效率损失，但不必谈隐裂“色变”。

3、检测“隐裂”的手段

EL(Electroluminescence，电致发光)是简单有效的检测隐裂的方法。其检测原理如下。

电池片的核心部分是半导体PN结，在没有其它激励(例如光照、电压、温度)的条件下，其内部处于一个动态平衡状态，电子和空穴的数量相对保持稳定。

如果施加电压，半导体中的内部电场将被削弱，N区的电子将会被推向P区，与P区的空穴复合(也可理解为P区的空穴被推向N区，与N区的电子复合)，复合之后以光的形式辅射出去，即电致发光。

当被施加正向偏压之后，晶体硅电池就会发光，波长1100nm左右，属于红外波段，肉眼观测不到。因此，在进行EL测试时，需利用CCD相机辅助捕捉这些光子，然后通过计算机处理后以图像的形式显示出来。

给晶硅组件施加电压后，所激发出的电子和空穴复合的数量越多，其发射出的光子也就越多，所测得的EL图像也就越亮;如果有的区域EL图像比较暗，说明该处产生的电子和空穴数量较少(例如图3中电池中部)，代表该处存在缺陷(复合中心);如果有的区域完全是暗的，代表该处没有发生电子和空穴的复合(图3和图4中红线所标处)，也或者是所发光被其它障碍所遮挡(图3和图4主栅线处)，无法检测到信号。

图3：黑心片 图4：隐裂片

图中中间扭曲是因为组件尺寸太大，图像采用了拼接方式，属于正常现象。

图5：正常组件EL图像

4、小结

1)隐裂有多种，并不是所有的隐裂都会影响电池片的性能;

2)在组件生产、运输、安装和维护过程中，考虑到晶硅组件的易裂特征，还需在各工序段和搬运、施工过程中改进和细化作业流程，减小组件隐裂的可能性。

3)EL是简单有效的检测隐裂的方法。