如何识别光伏电池组件的隐裂问题

隐裂、热斑、PID效应，是影响光伏组件性能的三个重要原因，近期为大家所关注。之前的文章中，对热斑、PID效应效应进行了介绍，今天来说一下隐裂。

1、什么是隐裂？

隐裂是电池片的缺陷。

由于晶体结构的自身特性，晶硅电池片十分容易发生破裂。晶体硅组件生产的工艺流程长，许多环节都可能造成电池片隐裂（据西安交大杨宏老师的资料，仅电池生产阶段就有约200种原因）。隐裂产生的本质原因，可归纳为在硅片上产生了机械应力或热应力。

近几年，晶硅组件厂家为了降低成本，晶硅电池片一直向越来越薄的方向发展，从而降低了电池片防止机械破坏的能力。

2011年，德国ISFH公布了他们的研究结果：根据电池片隐裂的形状，可分为5类：树状裂纹、综合型裂纹、斜裂纹、平行于主栅线、垂直于栅线和贯穿整个电池片的裂纹。

图1：晶硅电池隐裂形状

2、隐裂对组件性能的影响

不同的隐裂，对电池片功能造成的影响是不一样的。先来看一张电池片的放大图。

图2：晶硅电池片结构

根据晶硅电池的结构，如上图，电池片产生的电流要依靠表面的主栅线及垂直于主栅线的细栅线搜集和导出。当隐裂导致细栅线断裂时，细栅线无法将收集的电流输送到主栅线，将会导致电池片部分甚至全部失效。

基于上述原因，对电池片功能影响最大的，是平行于主栅线的隐裂（第4类）。根据研究结果，50%的失效片来自于平行于主栅线的隐裂。

45deg倾斜裂纹（第3类）的效率损失是平行于主栅线损失的1/4。

垂直于主栅线的裂纹（第5类）几乎不影响细栅线，因此造成电池片失效的面积几乎为零。

相比于晶硅电池表面的栅线，薄膜电池表面整体覆盖了一层透明导电膜，所以这也是薄膜组件无隐裂的一个原因。

有研究结果显示，组件中某单个电池片的失效面积在8%以内时，对组件的功率影响不大，组件中2/3的斜条纹对组件的功率稳定没有影响。因此，当组件中的电池片出现隐裂后，可能会产生效率损失，但不必谈隐裂色变。

3、检测隐裂的手段

EL（Electroluminescence，电致发光）是简单有效的检测隐裂的方法。其检测原理如下。

电池片的核心部分是半导体PN结，在没有其它激励（例如光照、电压、温度）的条件下，其内部处于一个动态平衡状态，电子和空穴的数量相对保持稳定。

如果施加电压，半导体中的内部电场将被削弱，N区的电子将会被推向P区，与P区的空穴复合（也可理解为P区的空穴被推向N区，与N区的电子复合），复合之后以光的形式辅射出去，即电致发光。

当被施加正向偏压之后，晶体硅电池就会发光，波长1100nm左右，属于红外波段，肉眼观测不到。因此，在进行EL测试时，需利用CCD相机辅助捕捉这些光子，然后通过计算机处理后以图像的形式显示出来。

给晶硅组件施加电压后，所激发出的电子和空穴复合的数量越多，其发射出的光子也就越多，所测得的EL图像也就越亮；如果有的区域EL图像比较暗，说明该处产生的电子和空穴数量较少（例如图3中电池中部），代表该处存在缺陷（复合中心）；如果有的区域完全是暗的，代表该处没有发生电子和空穴的复合（图3和图4中红线所标处），也或者是所发光被其它障碍所遮挡（图3和图4主栅线处），无法检测到信号。

图3：黑心片图4：隐裂片

图中中间扭曲是因为组件尺寸太大，图像采用了拼接方式，属于正常现象。

图5：正常组件EL图像

4、小结

1）隐裂有多种，并不是所有的隐裂都会影响电池片的性能；

2）在组件生产、运输、安装和维护过程中，考虑到晶硅组件的易裂特征，还需在各工序段和搬运、施工过程中改进和细化作业流程，减小组件隐裂的可能性。

3）EL是简单有效的检测隐裂的方法。