太陽能組件功率損失檢測方法的探討

李永超　王振如

摘 要：通過對(duì)太陽能組件封裝過程中功率損失進(jìn)行了研究，分析了會(huì)導(dǎo)致組件的功率損失的因素，包括組件焊接、電池的品質(zhì)、電池分選造成的電流失配等。通過對(duì)存在異常的組件和電池進(jìn)行追溯，提出了多種在發(fā)生功率損失時(shí)對(duì)組件和電池的檢測方法，包括EL圖像檢測、電池印刷效果檢測和焊接牢固程度檢測等。通過這些檢測方法可以減少發(fā)生功率損失的事故，從而減少對(duì)企業(yè)造成的損失。

關(guān)鍵詞：功率損失；檢測方法；CTM

中圖分類號(hào)：TM914.4 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A 文章編號(hào)：1671-2064（2018）07-0035-01

封裝損失會(huì)造成組件的功率損失。通常我們使用組件輸出功率與電池片功率總和的百分比（Cell To Module，簡稱CTM值）表示組件功率損失的程度，CTM值越高表示組件封裝功率損失的程度越小[1]。

在對(duì)一批近15000塊的組件統(tǒng)計(jì)中，發(fā)現(xiàn)此批組件中CTM低于96%的比例達(dá)到了35%以上，并且出現(xiàn)了大量CTM<95%的組件，而正常的組件CTM應(yīng)該主要集中在97～98%之間，并且不會(huì)出現(xiàn)CTM<95%的組件，說明這批組件的功率損失異常。

在商業(yè)化生產(chǎn)過程中CTM的降低，不僅會(huì)造成了嚴(yán)重的經(jīng)濟(jì)損失，而且會(huì)造成大量生產(chǎn)材料的浪費(fèi)，更可能遭到客戶的投訴，影響一個(gè)公司的品牌形象，所以對(duì)此現(xiàn)象的成因需要亟待解決。

1 功率損失檢測

1.1 電致發(fā)光測試

電致發(fā)光測試又稱EL測試，其原理是物質(zhì)在一定的電場作用下被相應(yīng)的電能所激發(fā)而產(chǎn)生的發(fā)光現(xiàn)象。這樣，從底片的曝光程度就可以判斷電池中是否存在缺陷。EL成像缺陷可以造成組件串聯(lián)電阻增大、并聯(lián)電阻減小、輸出功率降低及光電轉(zhuǎn)換率下降等不良問題。所以說，EL測試是表征太陽能電池及組件的一種重要手段，也是是一種非常有效的方法。

對(duì)該批次異常組件檢測EL，成像中不存在隱裂、碎片、斷柵、黑芯片、黑團(tuán)片、短路黑片等缺陷情況[2-3]，并且沒有明顯的混檔、電流失配的情況。

1.2 組件測試數(shù)據(jù)分析

在相同的產(chǎn)線和測試上對(duì)正常批次和異常批次電池所生產(chǎn)的組件進(jìn)行了測試，發(fā)現(xiàn)均為FF偏低、Rs偏低的現(xiàn)象；然后在不同的產(chǎn)線和測試設(shè)備上重復(fù)上述實(shí)驗(yàn)，也得到了相同的結(jié)論。推測可能是不同批次的電池片導(dǎo)致的CTM異常，造成組件功率損失。

1.3 電池測試數(shù)據(jù)分析

根據(jù)推測，該事件中組件功率損失可能是由于電池片導(dǎo)致，所以對(duì)電池片進(jìn)行了如下測試。

首先對(duì)同批次中間效率段的電池進(jìn)行復(fù)測，驗(yàn)證是否有混檔的情況。從復(fù)測效率分布來看，包內(nèi)極差在0.3%以內(nèi)，大部分極差均為正偏差，無明顯的混包現(xiàn)象。

其次使用歐姆計(jì)測量各電極之間的電阻，這是一種簡單有效的方法。測量結(jié)果顯示抽測電池片正面電極Rs之間差值不大，而背面電極Rs在100mΩ以上，比正常電池的電阻（50mΩ左右）偏大，超出了2倍多。

第三選取某一效率段的電池，對(duì)Rs>3.2mΩ和Rs<3.2mΩ進(jìn)行匯總，發(fā)現(xiàn)當(dāng)Rs>3.2mΩ時(shí)，Uoc偏大0.003V，Isc偏大0.046A。Isc高的電池片同Isc低的電池片混投組件，Isc會(huì)損失。根據(jù)公式P=I2R，當(dāng)電池的Isc越高時(shí)，功率損失越大。

最后通過近20000片的電池?cái)?shù)據(jù)進(jìn)行匯總，發(fā)現(xiàn)串聯(lián)電阻Rs>3.0mΩ的電池僅占6%左右，而此次事件中CTM<95%的組件達(dá)到了16.1%，遠(yuǎn)遠(yuǎn)高于可能會(huì)造成功率損失的高串聯(lián)電阻電池片所占的比例，并且此事件中功率損失是一個(gè)普遍現(xiàn)象，說明可能還有其他因素造成了此次事件中CTM異常。

1.4 不同Rs的電池對(duì)CTM的影響

將不同Rs的電池封裝成組件，當(dāng)電池的Rs>4.0mΩ時(shí)，組件的CTM最低為97.59%。組件的CTM隨Rs增大而下降，從參數(shù)上來看表現(xiàn)為FF下降。如表1所示。

1.5 電極焊點(diǎn)抗拉強(qiáng)度測試

用精度為0.1N的手持拉力計(jì)或者拉力測試設(shè)備進(jìn)行測試，將焊接鍍錫銅帶的電池固定在上下兩片硬質(zhì)夾板之間，將鍍錫銅帶通過上夾板的開槽引出（開槽的寬度應(yīng)略大于鍍錫銅帶的寬度）；在與焊接面成近180°方向?qū)笌е饾u施加拉力，記錄各有效焊接處焊帶脫離的拉力值。采用手持拉力計(jì)每段有效焊接長度取點(diǎn)個(gè)數(shù)不少于3個(gè)。內(nèi)控標(biāo)準(zhǔn)要求電極各段有效接觸面附著強(qiáng)度或電極焊點(diǎn)抗拉強(qiáng)度最小值≥1N/mm，各段平均值≥1.5N/mm。

對(duì)異常組件背面焊帶進(jìn)行抗拉強(qiáng)度測試，發(fā)現(xiàn)大多焊接點(diǎn)的焊接效果，基本形成了相對(duì)穩(wěn)定的Ag-Sn合金，偶有出現(xiàn)小段焊接不良現(xiàn)象，但從拆解的整體上看，焊接效果相對(duì)穩(wěn)定。

1.6 背場水煮實(shí)驗(yàn)

在恒溫水浴鍋中加入電阻率不低于5mΩ的純水，加熱到70±2℃，保持恒溫，放入待測電池片10min，目視觀察，水中無渾濁，電池表面無氣泡冒出。對(duì)該事件中同批次的電池片進(jìn)行水煮實(shí)驗(yàn)，未發(fā)現(xiàn)水渾濁和表面冒氣泡的現(xiàn)象。

1.7 TC50測試

組件在-40℃～85℃之間循環(huán)50次，每個(gè)循環(huán)4小時(shí)，在溫度超過25℃時(shí)對(duì)組件通入Ipm，并對(duì)組件的電流連續(xù)性和溫度進(jìn)行監(jiān)控。如表2所示。

此批次中異常的組件，不僅在首次測試時(shí)存在功率損失的情況，而且有持續(xù)衰減的現(xiàn)象。

2 結(jié)語

通過對(duì)太陽能組件封裝過程中功率損失進(jìn)行了研究，分析了會(huì)導(dǎo)致組件的功率損失的因素，包括組件焊接、電池的品質(zhì)、電池分選造成的電流失配等。通過對(duì)存在異常的組件和電池進(jìn)行追溯，提出了多種在發(fā)生功率損失時(shí)對(duì)組件和電池的檢測方法，包括EL圖像檢測、電池印刷效果檢測和焊接牢固程度檢測等。但由于受到生產(chǎn)和試驗(yàn)環(huán)境的限制，發(fā)現(xiàn)問題之后追溯問題根源，可能會(huì)很困難，并且可能做不到對(duì)同批次原材料進(jìn)一步檢測，例如電池漿料的具體成分、原硅片的雜質(zhì)成分等[4]，所以產(chǎn)品生產(chǎn)中的過程控制對(duì)產(chǎn)品質(zhì)量的提高非常重要。

商業(yè)化生產(chǎn)中會(huì)周期或不定期的按照質(zhì)控標(biāo)準(zhǔn)對(duì)某些指標(biāo)進(jìn)行抽查和檢測，像發(fā)生此文中的這類事故會(huì)很少。既然這次事故中出現(xiàn)了大量的異常組件，并且通過多種檢測方法未能找到主要原因，反應(yīng)出此次事故中存在一些難以解決的問題，希望以后會(huì)有更加方便有效的檢測方法，避免再次造成此類事故，減少對(duì)企業(yè)造成的損失。

參考文獻(xiàn)

[1]陳筑.晶體硅太陽能組件功率損失研究[D].上海：上海交通大學(xué)，2013.

[2]王盛強(qiáng)，李婷婷.晶體硅組件電致光（EL）檢測應(yīng)用及缺陷分析[J].科技創(chuàng)新與應(yīng)用，2016，（1）：89-90.

[3]肖嬌，徐林.太陽電池缺陷EL檢測及電性能分析[J].上海計(jì)量測試，2011，（3）：15-18.

[4]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，1998：216-233.