高质量光伏电池片外观检测方法

李艳芝　苗杰　贾宇龙　焦朋府　冯宇俊

摘 要：光伏电池片外观检测是太阳能电池生产中的重要步骤，本文对目前较为普遍的两种光伏电池片的外观检测方法进行了较为详尽的介绍，分析了两种方法对应的适用性，认为有效位缺陷类型的检测法更为被广大業界厂家所使用。

关键词：光伏;电池片;外观;检测

最近几年来，全球的太阳能电池产业飞速发展，光伏电池制造商的竞争快速加剧，业内大型光伏电池片生产企业之间并购与重组较为频繁，光伏电池片生产企业越来越重视对电池片质量的研究。目前国内的多数企业生产的光伏电池片均存在一定的缺陷，生产过程中的断栅、缺角、色差、脏污、水纹等缺陷常有发生，而如此缺陷如果不被及时发现和修复，将对太阳能电池组件的质量产生严重影响[1-2]。同时也无形中提升了电池片的生产成本，影响企业利益。本文将对目前市场上较为常见的两类电池片外观检查方法进行分析，并比较两类测试装置在实际应用中的适用性。

1 电池片外观自动检测装置的介绍

1.1 电致发光亮度正比于少子扩散长度

光伏电池片在施加一定电压后会发光，这时可以使用红外相机拍摄发光电池片的部位，在电池片电致发光亮度正比于少子扩散长度。存在缺陷的地方常出现较弱的光，造成了较暗影像的出现，这种检查方法又称为EL检查，也是当前市场上应用广泛的一种光伏电池片检测装置。比较出名的电池片EL装置是沛德光电、苏州诺威特等。

1.2 有效位缺陷类型

对拍摄的缺陷图像进行细致分析，能够直观的发现电池片在扩散、刻蚀、印刷、烧结等过程中出现的缺陷。便于及时分析和解决问题，更有助于提升产品质量和产品生产效率，有助于改善生产工艺和稳产提效[3-4]。

目前，有效位缺陷检测的装置类型较多，主要品牌有GPSolar、ICOS（图1）、Manz、TTVision等。

2 两种检测缺陷的方法

2.1 电致发光亮度正比于少子扩散长度

2.1.1 丝网印刷缺陷

浆料可以通过丝网图形部分网孔，丝网印刷正是应用了这种原理。将浆料由丝网的一点灌入，采用刮板施压于丝网的浆料部分，刮刀向丝网的另一端缓慢平移。在压力作用下，浆料由丝网图形部分网孔下渗到基片上。刮板、丝网印版以及承印物呈现线状接触方式进行移动。承印物不与丝网的其他部分发生接触，这样就保证了在印刷过程中不会污染承印物其他部分。完成一个一个印刷区域后将刮板提起，使得丝网与基片之间保持完全分离，采用回墨刀刮浆料至初始位置。便完成了一个完整的印刷行程。

2.1.2 烧结缺陷

烧结的主要过程是高温状态下将硅片上印刷的电极烧结制成电池片。在电极和硅片之间形成欧姆接触状态，能够有效的提升电池片的开路电压以及改善其他相关的参数，当电极接触具有了一定的电阻性质，便可以生产出来具有高效电能转化率的电池片，EL检测设备能够识别烧结不良的缺陷。

2.1.3 表面漏电缺陷

在光线不足的情况下，对PN接入反向电压，使其出现反向电流，这种电流又称为暗电流。对于光伏电池来说，暗电流一方面包括反向电流，另一方面还存在薄层漏电流和体漏电流。生产光伏电池片过程中，过高的漏电流容易造成电池片性能降低，这种缺陷目前也是电池片生产行业均面临的一个较大问题。

2.1.4 材料缺陷

目前，硅片原料的检测仍缺少有效方法，特别是同心圆缺陷，这种缺陷也是影响电池片电性能的重要因素，存在同心圆缺陷的电池片的电能转化效率低，甚至不具备电能转化能力。类似同心圆缺陷也是当前业内来料不良的特征，假如能够将同心圆缺陷进行单独区别，便可以方便的区分这种缺陷出现的原因。

2.1.5 隐裂

硅片是一种较薄的材料，在后续加工中受到外界压力的作用下会出现隐裂缺陷，这种缺陷一般情况下难以通过外观去识别出来，导致产品漏检的发生。

总体来说，EL检测设备应用于印刷类和硅片自身缺陷的检测。如果是硅片表面缺陷，比如色差、水渍和脏污等情况时，便不能采用此方法检测[5]。

2.2 有效位缺陷类型检测法

2.2.1 硅片表面缺陷

有效位缺陷类型检测法在硅片表面缺陷的检测中，能够有效检测硅片的尺寸、崩边、台阶、隐裂、脏污等外观缺陷。运用这样的方法还能够检测过程硅片的外观缺陷。

2.2.2 硅片表面缺陷

处于镀膜后印刷前的硅片，表现出来的缺陷主要是硅片表面的色差、斑点、水渍等几个方面，尤其是镀膜处理后的硅片，其外观方面的缺陷会较为直观的表现出来。且镀膜后印刷前的工序是最后可以返工的一个阶段，因此在这个阶段硅片上的外观缺陷最好是能够全部识别出来。

采用有效位缺陷检测法可以实现此种缺陷的检测，此方法是将颜色划分为360个色阶，利用色阶变化来判断硅片是否存在色差，按照色差来区分等级。

2.2.3 印刷类与非印刷类缺陷

有效位缺陷类型检测法能够检测全部的印刷不良缺陷，其可以达到的精度远远超过肉眼检测。

光伏电池片的制造过程中，除了印刷类缺陷，存在一些非印刷类的缺陷也会对电池片的外观质量产生严重影响。有效位缺陷类型检测法常用于检测非印刷类的缺陷，特别是多晶电池片自身具有色差，可以通过此方法就行有效检测。

3 两种检测方法的比较

从两种方法的检测项目来看，电致发光的检测方法适用于检测电池片的印刷类缺陷、烧结缺陷、隐裂、材料缺陷、工艺污染、表面漏电等项目[6]。有效位缺陷类型的检测方法能够检测电池片的一切外观类缺陷。在实际应用中，两种检测方法各自的侧重点各不相同，因此只能在具体的应用领域来进行比较。

电致发光检测方法由于受到自身检测时间较长的限制，所以此种方法不能用于在线实时生产的设备，只能检测下线的产品，同时电致发光检测法仅能够进行一个逻辑的判定。也就是说，不能通过缺陷的测量和色阶的定义来判断缺陷的存在与否，不能完成硅片外观等级的划分判定。电致发光检测方法是接触式的，在硅片出厂前要经历两次搭接，增加了硅片破碎的几率。

4 结语

我国是光伏电池片生产的大国，国内光伏电池片生产企业之间的竞争也十分激烈，这些企业在发展过程中需要不断提升产品的质量和生产效率来确定产品优势，这也是硅片生产企业一直探索的问题。通过本文研究，电致发光检测方法不能用于检测在线电池片的缺陷，也不能划分电池片的外观等级。就实际应用而言，有效位缺陷类型的检测法是业内普遍采用的方法。

参考文献：

[1]鹿卓慧，彭艳艳，赵炎，等.太阳能电池片缺陷检测方法综述[J].河北农机，2019（007）：36.

[2]索雪松，高亮，王楠，等.太阳能电池板缺陷EL检测系统的设计[J].中国农机化学报，2013（03）：181-184.

[3]代同光，贾光亮，贾永军，等.晶硅太阳能单晶电池EL缺陷分析研究[J].电子世界，2018（3）：144-145.

[4]贾鑫.用电致发光（EL）法分析检测晶硅太阳电池的工艺[D].呼和浩特：内蒙古大学，2014.

[5]施光辉，崔亚楠，刘小娇，等.电致发光（EL）在光伏电池组件缺陷检测中的应用[J].云南师范大学学报：自然科学版，2016，36（02）：21-25.

[6]赵华利，张向前，王亚川.光伏组件EL检测图像明暗片的实验研究分析[J].内燃机与配件，2018（15）：244-245.