结合EL（电致光检测）解析光伏组件质量缺陷

王盛强，邢 佳，齐英新

（1.辽宁太阳能研究应用有限公司，辽宁 沈阳110136；2.沈阳兴源电力设备有限公司，辽宁 沈阳110136）

随着我国光伏并网电站建设量不断扩充，截至2018年上半年，光伏组件国内总体产能约42吉瓦，与去年同比增长24%，出口量约19吉瓦，与去年同比增幅25%；2018年一季度，新增光伏并网装机容量为9.65吉瓦，分布式占7.685吉瓦，占主导地位，整体增长趋于平衡。与此同时，根据目前光伏产业的技术进步和成本降低，依据“关于2018年光伏发电项目政策的通知”，降低了光伏电站标杆上网电价，同时取消了普通光伏电站建设指标，加快了光伏并网电站平价上网进度，基于以上原因根据建设规模，光伏组件采购价格势必会在原有基础上再降低，光伏组件质量问题将面临巨大的挑战，如何提高光伏组件生产质量，降低生产成本，提高组件出厂良品率将成为光伏组件市场中制胜的法宝。下面就结合EL（电致光检测）和光伏组件加工工艺来着重分析组件常见质量问题和造成原因。

1 光伏组件质量缺陷分类和分析

目前，光伏组件的质量检验是通过EL测试的图像来判断的。通过光伏组件层压过程中的EL测试图像，可以快速准确地确定各种电池片的质量，由于工艺参数和人为因素的不正确设置而导致的缺陷组件可以得到有效的控制。如电池裂缝，焊接不良，短路，边缘过切，主栅线漏电，黑团片、短路黑片、副栅线漏电、黑心片、过焊片等由于上述原因，已经分析了大量文档，这些分析的结果对组件制造商控制生产过程和客户对选择高质量产品和维护具有指导意义。图1是从EL测试图像和生产过程中列举光伏组件常见缺陷示例。分别从成像特点、产生原因、组件影响和预防措施等方面进行分析[1]。

图1 光伏组件常见缺陷示例

1.1 EL检测图像

1.1.1 隐裂和碎片

（1）EL成像特点：通过EL成像可以清楚地看出，单晶硅电池片呈现出“x”图案;由于晶界的影响，多晶硅的晶界或电池中的隐藏裂缝有时难以区分。隐裂片的成像特征是在EL试验下裂纹会产生明显差异的线（黑线），并且裂纹的方向是不确定的[2]。（2）产生原因：电池片在焊接过程中或者组件搬运过程中由于外力引起;同时由于电池片在低温下不进行预热，突然在短时间内膨胀到高温，高温膨胀引起裂缝现象。（3）组件影响：组件破裂后，内部电池电流缺失或部分损坏，电池片本身的细网格线断裂。电流的收集受到影响，长时间运行导致隐裂更严重、变成碎片、组件性能下降、功率衰减等技术问题；降低组件的使用寿命和可靠性。长时间积累，光伏组件会出现热斑效应的，后果就是造成组件损坏。（4）预防措施：由于电池片本身相对脆弱并且容易破裂，所以在生产电池片和组件程压过程中很容易造成裂缝。所以在电池片筛查过程中，提高工作责任心，做到轻拿轻放，同时优化组件层压工艺，在组件层压之前及时更换裂缝可以减少成品组件的缺陷。

1.1.2 断栅

（1）EL成像特点：从EL图像中，在两个网格线之间存在垂直线，并且沿着单元的主栅线存在暗线。同时，细栅处的光强度弱或不发光主要都是电池片的未连接导致的。（2）产生原因：栅极遭到破坏的主要是由于在印刷过程中出现细栅断点及细栅缺失而引起的，导致主栅线和细栅线不能形成环路。同时，电池栅线没有标准化焊接或电池板印刷不良，丝网印刷质量不好或丝网印刷参数设置不当，切割硅片不均匀，出现断层现象。（3）组件影响：在降低光伏组件的光电转换效率的同时，不利于收集电流。（4）预防措施：合理设置丝网印刷参数，丝网物料的搭配，建立丝网标准作业规程，实时监控RS能很大幅度地减少丝网印刷产生的断栅，同时可以加装自动分选机进行在线监控。

1.1.3 黑芯片（黑团片）

（1）EL成像特点：在EL图像中，您可以看到从单元中心到边缘逐渐变亮的同心圆。电池片部分变黑，图像看起来很弱或没有发光。由此形成复合致密区域，在通电的情况下，电池片的中心呈现黑色区域[3]。（2）产生原因：在硅棒拉晶过程中，硅棒中分凝系数大与氧的溶解度有直接关系，同时硅料受到不同程度污染，少数载流子的寿命降低原因是硅晶片的错位造成，导致电池的部分黑化。同时，由于缩短了晶体定向凝固时间，熔体的潜热释放和热场温度梯度匹配度不高，加快了晶体生长速度，引起内部位错缺陷主要原因是过大的热应力。（3）组件影响：在组件中出现黑色芯片后，长时间运行会造成热击穿，当测试组件IV特性曲线时，曲线呈现阶梯形状，长时间运行会导致组件输出功率下降。（4）预防措施：合理调整硅棒中分凝系数大和氧的溶解度，避免硅料受到污染。

1.1.4 短路黑芯片（非短路黑色芯片）

（1）EL成像特点：光伏组件在某个位置会出现一块或多块全黑色电池片。（2）产生原因：组件电池片串焊接过程中造成正负极互联条短路，接线盒二极管正负极焊反、接线接错及互联条虚焊等，同时在组件被层压之前，混合低效率电池单元，并且硅晶片的质量差或者N型片被误用。没有PN结也是EL成像完全黑的原因之一[4]。（3）组件影响：填充系数及组件输出功率会受到很大影响。组件IV特性曲线呈阶梯式的，短路电池片不能提供外部电源，整个光伏组件的输出功率降低，IV特性曲线的最大功率减小。（4）预防措施：当电池片焊接时，焊料留在边缘以避免温度低时的焊点。组件层压后，检查接线盒二极管是否焊接及引线是否异常焊接。

1.2 组件生产工艺

光伏组件加工技术主要包括电池片检测，电池串焊，元件堆叠，元件层压，电池片单焊，安装框架和安装接线盒，成品测试和包装到仓库等。每个流程之间都是相互作用相互制约的。光伏组件在实际生产中质量的主要问题是：电池片隐裂、蜗牛纹、EVA脱层、硅胶不良导致封层及电池片交叉隐裂纹、光伏组件烧坏、组件接线盒起火、电池片助焊剂用量过多、虚焊和过焊、焊带偏移或焊接后翘曲破片、组件钢化玻璃爆破和接线盒导线断裂、产生气泡、热斑和脱层、硅胶气泡和缝隙、漏打胶、引线虚焊等，下面将列举几种光伏组件生产工艺常见缺陷来详细说明产生原因、组件影响及预防措施[5]。

1.2.1 电池片隐裂

（1）产生原因：电池板在焊接或处理过程中由于外力而破裂；在低温下，电池片未经过预热处理，在短时间内高温后突然出现膨胀，导致开裂，电池片在单焊或者串焊时瞬间温度过高等[6]。（2）组件影响：造成组件功率衰减；隐裂长时间运行，会导致热斑效应，直接影响电池组件性能，直至电池组件烧毁报废。（3）预防措施：在焊接或处理过程中尽量避免电池板受到外力的冲击，在电池片单焊或者串焊过程中要提前将电池片进行预热处理，电烙铁工作温度必须符合生产工艺技术要求。

1.2.2 EVA脱层

（1）产生原因：组件层压机工作环境温度过低，层压时间短，即交联度不合格造成；在层压之前，EVA、玻璃和背板等原材料的表面是由异物引起的，EVA质量不合格或过期，导致乙烯和乙酸乙烯酯不均匀，常温下不能溶解，造成分层；焊接电池片时，阻焊剂用量过多，表面有残留；组件层压机的参数设置异常，导致低真空和密封圈裂缝。（2）组件影响：当分层面积小时，引起组件的功率衰减，并且分层区域逐渐扩大，这直接导致组件的报废失效。（3）预防措施：组件层压前要进行细致检查，车间生产环境温度要持续改善，同时严格控制层压机工作温度、层压时间等重要参数，并根据技术要求定期进行交联度测试，控制交联度在85%±5%以内，加强EVA来料检验环节，过期的EVA应定期销毁；严格控制电池单焊或串焊时使用的助焊剂量，并尽量不要超过主栅线两侧0.3毫米；组件层压前，根据生产工艺要求合理设置层压机各项参数，极个别参数定期进行校准等。

1.2.3 电池片虚焊、过焊

（1）产生原因：串焊或者单个电池片时，导致虚焊的主要原因是使用阻焊剂过少，焊接时速度过快及焊接工作环境的温度太低都可能造成；导致过焊主要原因是焊接温度过高或时间过长。（2）组件影响：在短时间内焊接电池片，电池片和焊带有分层的可能，造成光伏组件输出功率衰减或完全失效；过度焊接很容易造成电池的内部电极被破坏，加速光伏组件功率衰减，缩短组件寿命。（3）预防措施：电池片串焊时，要合理设定焊接温度，并且要定期检查，通常焊接停留时间在3~4秒之间最佳；同时使用少量助焊剂，保证烙铁的焊接时间及工作温度，加强电致光检测质量，防止不良问题影响下一道工序，定期加强管理互连条浸泡液和时间。

1.2.4 电池片间及电池片上产生气泡

（1）产生原因：EVA超过使用期限或储存时间过长，不符合储存的温度和湿度要求，造成EVA中交联剂的蒸发加速，在固化阶段不能实现交联化学反应，当光伏组件层压时，不封闭的加工工艺，造成EVA厚度不均匀，容易提前固化的地方一定是厚度比较薄的地方，EVA交联反应，反应速率及泵送时间不能得到有效匹配。造成交联剂的气体不能及时消除，光伏组件层压后，在组件内部有气体被封装，然后，因为浸泡在助焊剂中的互连条带没有完全干燥，就进行焊接工作，在电池板的表面上产生少量焊剂残留物，也是光伏组件中产生气泡的主要原因[7]。（2）组件影响：严重时会造成组件直接报废的主要原因是组件内部产生气泡会造成脱层。（3）预防措施：开箱后的12小时内EVA要及时使用，未开箱的和开箱后未使用完的EVA应保存在环境温度为26℃以下，湿度为80%以下，调整组件层压时间等参数，避免薄层EVA提前固化。

1.2.5 贫硅胶导致分层细胞中的交叉隐藏裂缝

（1）产生原因：组件层压机工作环境温度过低，组件层压时间短，交联度不合格是主要原因；在层压之前，EVA，玻璃和背板等原材料的表面由异物引起，铝框架不均匀地粘合并具有间隙。组件或内部电池片受到外力碰撞，在搬运过程中产生裂缝。（2）组件影响：分层后，很容易使水进入组件，导致组件内部短路或组件报废。（3）预防措施：组件层压前要对车间生产环境温度进行检查，同时对层压机工作温度、层压时间等重要参数做到严格控制；并且定期进行交联度测试，交联度应在85%±5%以内为最佳；加强EVA来料检验环节，过期的EVA应定期销毁；组件铝边框打胶时操作方法要得当，缝隙处要密封到位，在搬运过程中要避免光伏组件受到外力碰撞。

2 结论

通过光伏组件生产工艺及EL检测图像两个方面深度剖析了光伏组件质量问题，从中发现无论在EL检测图像还是在光伏组件生产过程中，光伏组件的质量主要还是集中在生产过程控制上，EL检测只是一种有效的检测手段。但只能反映问题的存在而无法解决问题本身。特别在现有国家光伏发电政策下，组件制造技术不断创新，其价格持续走低，如何能够彻底改善光伏组件的生产制造工艺，保证光伏组件生产质量，降低制造成本，提高光伏组件成品率，降低组件出厂的不良率，还需要不断的去研究和探索。