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电池片隐裂、识别方法及预防

2017-12-11 15:58:27 来源：智汇光伏　 点击量： 评论 (0)
　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
　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5 正常组件EL图像
 
图6 有隐裂的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。
 
　　5形成组件隐裂的因素
 
　　1、生产过程中的隐裂因素
 
　　设备因素：在组件生产过程中串焊机、层压机、装装框机对组件都直接施加作用力，参数设置不当或设备出现故障都会造成电池片的隐裂。
 
　　原料因素：原料的好坏直接影响着组件的质量，原材料缺陷也是导致组件产生隐裂的主要原因，
 
　　工艺参数因素：在组件生产中使用不正确的工艺参数，同样会诱发电池片的隐裂；如焊接温度过高，就很容易使组件产生隐裂，层压参数设置不合理，抽真空压力过大、过快也会导致组件产生隐裂的产生。
 
　　2、存储运输中的隐裂因素
 
　　组件箱体变形、长期雨水浸透、组件来回搬运等造成箱体歪斜，箱体内单块组件具有活动空间，搬运过程组件晃动造成对角式隐裂。
 
　　托盘强度不够，在组件搬运过程中托盘变形，使得组件表面产生受力，导致电池片产生网状隐裂
 
　　组件运输过程中，叉车司机暴力装卸、运输车辆大幅颠簸、二次倒运也会造成组件隐裂。
 
　　3、施工、运维中的隐裂因素
 
　　工人安装、清洗过程中操作不规范造成组件隐裂也时发生，如下图施工人员踩在组件上安装，运维人员站在组件上清理组件等不规范的操作都会导致组件隐裂。
 
　　4光伏组件隐裂的预防
 
　　卸货前应先检查组件外包箱的外观是否完整，运输状态是否完好，确保卸货过程中的安全。
 
　　组件存储时，应确保场地平整，组件上下两拖对齐。
 
　　组件搬运时，应避免使用头部，肩部或背部顶组件，应做到两人抬一块组件，必要时使用简易周转车进行转换。
 
　　组件摆放时，禁止组件放置或依靠在坚硬的不平整的表面，应做到开箱后立即安装，避免组件散放在项目现场。
 
　　组件安装时，应避免踩踏组件，可站立于组件铝框部分，或者用专门的站立支架，遵从从上至下，从左到右的安装顺序。
 
　　施工现场，应做到严格按照施工规范要求执行，确保夹具或螺丝固定在正确的安装位置并拧紧。
 
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责任编辑：lixin

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