國家電投集團西安太陽能電力有限公司 ■ 楊純濤 姜倩

0 引言

太陽電池是光伏組件的核心部件，其質(zhì)量的穩(wěn)定性、可靠性對組件質(zhì)量的影響至關(guān)重要。組件封裝時，太陽電池的電流匹配性會直接影響組件的封裝損失率[1]，目前各廠家通過效率區(qū)分和電流分檔來解決組件中電池的電流匹配問題，但在實際測試中仍存在失配情況。光伏組件在生產(chǎn)過程中若使用了效率較低的電池，EL測試時就會出現(xiàn)明暗差異過大的現(xiàn)象，此種現(xiàn)象通常被認為是“混檔”[2]?；鞕n不會對組件的安全性造成影響，但會影響組件功率。此類問題一直困擾著組件生產(chǎn)線，同時也是組件質(zhì)量管控的難點和焦點。因此，本文對于EL測試時電池出現(xiàn)明暗差異過大的混檔問題，通過EL測試機理及明暗影響因素解析異常產(chǎn)生的原因，并評估此類組件的質(zhì)量風險。

1 EL測試的機理

EL測試的機理是電致發(fā)光成像，利用少數(shù)載流子的電致輻射復(fù)合發(fā)光，對光伏組件在外加偏壓時發(fā)出的熒光進行收集成像，可迅速檢測出太陽電池中肉眼無法識別的復(fù)合缺陷。EL圖片中的明暗差異可以反映復(fù)合發(fā)光的情況，其中，黑斑是由于在通電情況下電池中的該位置未發(fā)出1150 nm的紅外光導(dǎo)致的，電池中的黑斑、明暗差異還與少數(shù)載流子的濃度有關(guān)。

2 EL測試中明暗差異的原因分析

通過返工拆片后復(fù)測電池效率、電池分類后重新組裝實驗組件等方法，得出EL測試中明暗差異大的混檔問題產(chǎn)生的原因，主要有以下幾方面。

2.1 電池效率差異導(dǎo)致的明暗差異

對組件進行EL測試，測試結(jié)果如圖1所示。從圖中可以看出，此組件為混檔組件。

圖1 組件EL測試圖片

拆下混檔組件的電池(帶焊帶)，從中選取2片明片和2片暗片測試其效率。明片的效率分別為20.25%和20.29%，暗片的效率分別為19.50%和19.20%。對于由于效率不同而出現(xiàn)的明暗程度差異較高的組件，確認其為效率混檔。

2.2 EL測試中單片電池的明暗差異

2.2.1 不同效率電池的EL測試明暗差異

選取效率分別為20.3%和19.8%的電池進行EL測試，觀察明暗差異。結(jié)果發(fā)現(xiàn)，高效率電池在EL測試時未發(fā)現(xiàn)明暗差異，低效率電池中出現(xiàn)了10%明暗程度的差異，屬于灰階問題。因此可以認為，低效率電池中才會出現(xiàn)明暗差異。

2.2.2 同一效率電池的EL測試明暗差異

選取200片效率都為19.8%的電池進行EL測試，然后從中挑選12片EL圖像顯示偏亮的電池(簡稱“偏明片”)，將其編號為1#～12#；挑選12片EL圖像顯示偏暗的電池(簡稱“偏暗片”)，將其編號為13#～24#。圖2為2#和14#電池的EL圖片。

將選取的1#～12#偏明片、13#～24#偏暗片與同一效率的48片常規(guī)電池進行串焊、疊層制成實驗組件，然后進行EL測試，結(jié)果如圖3所示。圖中，中間兩排偏明片與偏暗片的位置與編號的對應(yīng)關(guān)系如表1所示。

圖2 2#和14#電池的EL圖片

表1 偏明片與偏暗片位置與編號的對應(yīng)關(guān)系

結(jié)合圖1和表1可知，發(fā)黑的電池均是選取電池時的偏暗電池，這說明同一低效率檔位時，明暗差異較大的電池制成的組件，其EL測試會表現(xiàn)出類似“混檔”的現(xiàn)象[3]。

從選取的24片電池中隨意選取7片偏明片和4片偏暗片，用電性能測試儀對其進行測試，結(jié)果如表2所示。

表2 電池電性能測試數(shù)據(jù)對比

由表2中的數(shù)據(jù)可知，偏暗片的電流并未小于偏明片。這說明即使有合理的電流分檔方案，也不能將其區(qū)分開。由此可知，同一效率的電池，雖然其EL測試都為合格(發(fā)暗圖片整片均勻?qū)儆诤细耦?，但是由其制成的組件進行EL測試時仍會出現(xiàn)明暗差異，而且不能通過電流分檔來解決此類問題。

2.3 高低電流失配導(dǎo)致的明暗差異

準備116片效率皆為20.5%的高電流(＞9.00 A)電池及100片同一效率的低電流(＜8.95 A)電池。從中選取72片高電流電池制作成組件1號，28片低電流電池與44片高電流電池制作成組件2號，72片低電流電池制作成組件3號。對3塊組件進行EL測試，結(jié)果如圖4～圖6所示，組件的電性能測試數(shù)據(jù)如表3所示。

結(jié)合圖4～圖6及表3中的數(shù)據(jù)可知，3塊組件均未出現(xiàn)混檔現(xiàn)象，但功率均有差異。相對于組件2號和組件3號，組件1號至少有0.5 W的功率優(yōu)勢。對組件生產(chǎn)線中的電池進行電流分檔并選取高電流電池對組件功率有明顯增益。

圖4 組件1號EL圖

圖5 組件2號EL圖

圖6 組件3號EL圖

表3 組件1號～3號的電性能測試數(shù)據(jù)

3 效率、電流失配在功率損失方面的評估

效率失配問題主要體現(xiàn)在組件功率的衰減[4]，電流失配需要較長的戶外實證來評估，因此，以模擬的思路進行了如下測試。

1)選取效率分別為19.7%和19.6%的電池，放置105天(約3.5個月)后電池的效率衰減情況如圖7所示。

由圖7可知，實驗中的電池效率雖相差一個檔位，但在放置過程中都存在較明顯的效率衰減差異。制成組件后，會出現(xiàn)因電池效率衰減差異而造成組件功率損失較大[5]。

圖7 不同效率的電池片的效率衰減情況

2)選取效率為20.3%的不同電流檔位的電池進行60 kWh/m2的光衰測試，其效率衰減情況如圖8所示。由圖8可知，同一效率不同電流檔位的電池的效率衰減情況差異不明顯。因此可以認為，同一效率不同電流檔位的電池制成組件后，因電池效率衰減率不同而造成的組件功率損失較小。

圖8 同一效率不同電流檔位的電池效率衰減情況

4 結(jié)論

本文對光伏組件EL測試時出現(xiàn)的明暗差異現(xiàn)象進行了分析研究，得出以下結(jié)論：

1)組件EL測試時發(fā)現(xiàn)的明暗差異問題，既有電池效率失配的原因，也有電流失配的原因。

2)同一效率不同電流檔位的電池制成組件后，從EL測試圖未發(fā)現(xiàn)明顯的明暗差異；但組件生產(chǎn)中進行電流分檔，選取高電流電池制作成組件，會提高組件功率，實驗數(shù)據(jù)顯示，選取高電流電池制成的組件會有至少0.5 W的功率優(yōu)勢。

3)同一效率的電池有的偏暗，但電流并不低，因此對于組件EL測試的明暗差異問題并不能通過電流分檔來解決。對于效率偏低，在生產(chǎn)中會造成不合格的電池應(yīng)該建立灰階分檔，具體分檔要求需結(jié)合生產(chǎn)線需求。

4)對于效率失配、電流失配的組件，其可靠性方面風險較小，主要存在功率損失問題。從電池效率衰減數(shù)據(jù)來看，效率失配組件的功率損失較大，電流失配組件的功率損失較小。