EL測試在晶硅電池及組件質量控制中的應用

高艷飛　申海超

（中電投西安太陽能西寧分公司青海西寧810007）

EL測試在晶硅電池及組件質量控制中的應用

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EL測試在晶硅電池及組件質量控制中的應用，重點分析近紅外檢測的手段，說明其作用，通過這種方式，能夠發現晶體硅太陽電池的隱性缺陷，主要有硅材料缺陷、擴散方面的缺陷及生產過程存在的缺陷等，簡要分析了造成這些缺陷的原因，通過EL測試可以發現以往常規手段難以發現的品質缺陷，對提升電池品質大有裨益。

太陽電池；電致發光；電池缺陷；隱裂；斷柵

中國科技飛速發展，促進光伏行業的改革，光伏組件質量有所提升，并強化了其質量控制及測試手段。原有組件外觀和電性能測試已經無法滿足該行業的要求，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測試已經得到廣泛應用，在多家晶體硅太陽電池及組件生產廠家使用，通過這種手段，晶體硅太陽電池及組件得到了較好的質量檢測和質量控制。

1　EL測試的原理

EL測試在太陽電池中得到較好運用，其少子的擴散長度要高于勢壘寬度，工作人員需要掌握電子和空穴通過勢壘時存在復合而消失的情況，然后繼續向擴散區擴散。在特定的電壓下主要是正向偏置，p-n結勢壘區和擴散區都擁有少數載流子，然后這些非平衡狀態會與大多數載流子復合，并散發光亮，這就是太陽電池發光的主要原理[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，都會向電池注入大量非平衡載流子和直流電源，是產生非平衡載流子的主要設備。電池通過在這些非平衡載流子與平衡的載流子不斷復合而發生光亮，形成光伏效應的逆過程，然后利用有效的相機捕捉這些光子，計算機處理后，顯示的整個過程都要在暗室進行。EL測試圖像亮度，會與電池片的少子壽命及電流密度成正比排列[4]，具體內容如圖3所示。在太陽電池出現缺陷的地方，少子擴散長度比較短，且能夠顯示，此時圖像展示的亮度較差。在EL測試后，分析圖像，能夠清晰地發現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，工作人員發現其中存有破片，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，所以該區域不會發出亮光。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強度決定于正向注入電流密度和少子擴散長度（電致發光強度/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。在實際工作中，顯裂能夠用眼睛看到，工作人員可以在組件生產中通過分序的方式，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，所以在生產中存在破片問題。太陽電池中的單晶硅的解離面有一定規則，能夠在EL測試圖中更加清楚掌握單晶硅電池的隱裂紋，然后分析這種規律性。一般情況下，這種隱裂紋都是沿著對角線的方向，呈“X”狀分

根據研究顯示，在晶體硅太陽電池中，長度超過1 mm的裂紋無法應對較大的承載，一般以2 400 Pa為上限，這種壓力會對電池產生嚴重影響[5]。工作人員在戶外使用這種電池時，會加大裂縫的程度，使其變成碎片，導致電性能的損失或開路，這種情況下會嚴重影響電池的壽命和可靠性，所以，工作人員要進行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

在電池片中出現斷柵，是因為電池片本身柵線印刷不夠細致或焊接過程存在失誤導致。在EL測試中，要分析電池片中主柵線的暗線，對其注入電流，如果密度很小或基本沒有，會導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燒結缺陷

生產電池片的過程中，要重視燒結工序，然后掌握這種工藝參數。如果燒結設備存在缺陷，就是會導致生產出的電池片在測試中，出現大面積的履帶印，這種情況下如果進行工裝改造，就能夠較好改善這個問題。其現象如圖7所示。

圖7　履帶印EL圖像

2.5黑芯片

在EL測試圖中，工作人員發現黑芯片能夠清晰地看到電池片中心到邊緣逐漸變亮的區域，其主要原因產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有關。這種缺陷主要是晶體硅電池片內的少量載流子濃度降低，然后造成這種缺陷，最后出現電池片在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區域缺少探測器，無法分析光子的出現。工作人員需要使用顯微鏡觀察，發現電池正面銀漿印刷，并在硅片的表面有劃傷出現。在IV測試的分選中，要增加12 V反壓，然后增加正面的p-n結燒穿短路，所以其區域測試顯示為黑色。

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過程中，有部分電池片發光強度不均衡，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光強度，分析其出現的原因。電池片電阻不均勻，主要區域較暗，串聯電阻較大。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呈現電阻大的情況。但從實際情況分析，這種缺陷密度較高，電池中會有少子符合，并逐漸增加符合速度，減少躍遷概率，這種現象會縮短少少子壽命，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的功能，然后分析不均勻電阻及可能體現的參數數值，由這個因素分析并聯電阻對整個線路的影響。一般來講，并聯電阻不會對電池造成較大影響，但是p-n結反向特征明顯。工作人員要在并聯電阻的影響下，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　結語

EL測試在晶硅電池組件的應用中，要明確主要使用的原理和方法，工作人員使用電致發光原理，對電池及其組件進行紅外成像測試。在EL測試中，工作人員能夠準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，只能在試驗中進行分析。在測驗中，如果出現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行電池及其組件的檢測，充分體現EL在電池應用和組件質量使用中的作用[6]。

[1]劉恩科,朱秉生,羅晉生,等.半導體物理學[M].西安:西安交通大學出版社,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光的研究[J].太陽能學報,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].現代科學儀器,2010,10(5):105-107.

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

高艷飛（1980—），男，河北邢臺人，2005年畢業于河北科技大學應用物理專業，助理工程師。