太陽能組件功率損失檢測方法的探討

李永超　王振如

摘 要：通過對太陽能組件封裝過程中功率損失進行了研究，分析了會導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。通過對存在異常的組件和電池進行追溯，提出了多種在發(fā)生功率損失時對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，從而減少對企業(yè)造成的損失。

關鍵詞：功率損失；檢測方法；CTM

中圖分類號：TM914.4 文獻標識碼：A 文章編號：1671-2064（2018）07-0035-01

封裝損失會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]。

在對一批近15000塊的組件統(tǒng)計中，發(fā)現(xiàn)此批組件中CTM低于96%的比例達到了35%以上，并且出現(xiàn)了大量CTM<95%的組件，而正常的組件CTM應該主要集中在97～98%之間，并且不會出現(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，不僅會造成了嚴重的經(jīng)濟損失，而且會造成大量生產(chǎn)材料的浪費，更可能遭到客戶的投訴，影響一個公司的品牌形象，所以對此現(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)線和測試上對正常批次和異常批次電池所生產(chǎn)的組件進行了測試，發(fā)現(xiàn)均為FF偏低、Rs偏低的現(xiàn)象；然后在不同的產(chǎn)線和測試設備上重復上述實驗，也得到了相同的結論。推測可能是不同批次的電池片導致的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致，所以對電池片進行了如下測試。

首先對同批次中間效率段的電池進行復測，驗證是否有混檔的情況。從復測效率分布來看，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。

其次使用歐姆計測量各電極之間的電阻，這是一種簡單有效的方法。測量結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Rs>3.2mΩ和Rs<3.2mΩ進行匯總，發(fā)現(xiàn)當Rs>3.2mΩ時，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會損失。根據(jù)公式P=I2R，當電池的Isc越高時，功率損失越大。

最后通過近20000片的電池數(shù)據(jù)進行匯總，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%的組件達到了16.1%，遠遠高于可能會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CTM的影響

將不同Rs的電池封裝成組件，當電池的Rs>4.0mΩ時，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 電極焊點抗拉強度測試

用精度為0.1N的手持拉力計或者拉力測試設備進行測試，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（開槽的寬度應略大于鍍錫銅帶的寬度）；在與焊接面成近180°方向對焊帶逐漸施加拉力，記錄各有效焊接處焊帶脫離的拉力值。采用手持拉力計每段有效焊接長度取點個數(shù)不少于3個。內(nèi)控標準要求電極各段有效接觸面附著強度或電極焊點抗拉強度最小值≥1N/mm，各段平均值≥1.5N/mm。

對異常組件背面焊帶進行抗拉強度測試，發(fā)現(xiàn)大多焊接點的焊接效果，基本形成了相對穩(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，焊接效果相對穩(wěn)定。

1.6 背場水煮實驗

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。對該事件中同批次的電池片進行水煮實驗，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，每個循環(huán)4小時，在溫度超過25℃時對組件通入Ipm，并對組件的電流連續(xù)性和溫度進行監(jiān)控。如表2所示。

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

2 結語

通過對太陽能組件封裝過程中功率損失進行了研究，分析了會導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。通過對存在異常的組件和電池進行追溯，提出了多種在發(fā)生功率損失時對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)和試驗環(huán)境的限制，發(fā)現(xiàn)問題之后追溯問題根源，可能會很困難，并且可能做不到對同批次原材料進一步檢測，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)中的過程控制對產(chǎn)品質(zhì)量的提高非常重要。

商業(yè)化生產(chǎn)中會周期或不定期的按照質(zhì)控標準對某些指標進行抽查和檢測，像發(fā)生此文中的這類事故會很少。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，反應出此次事故中存在一些難以解決的問題，希望以后會有更加方便有效的檢測方法，避免再次造成此類事故，減少對企業(yè)造成的損失。

參考文獻

[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，2013.

[2]王盛強，李婷婷.晶體硅組件電致光（EL）檢測應用及缺陷分析[J].科技創(chuàng)新與應用，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].上海計量測試，2011，（3）：15-18.

[4]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，1998：216-233.