EL测试在晶硅电池及组件质量控制中的应用

高艳飞　申海超

（中电投西安太阳能西宁分公司青海西宁810007）

EL测试在晶硅电池及组件质量控制中的应用

高艳飞申海超

（中电投西安太阳能西宁分公司青海西宁810007）

针对EL测试在晶硅电池及组件质量控制中的应用，重点分析近红外检测的手段，说明其作用，通过这种方式，能够发现晶体硅太阳电池的隐性缺陷，主要有硅材料缺陷、扩散方面的缺陷及生产过程存在的缺陷等，简要分析了造成这些缺陷的原因，通过EL测试可以发现以往常规手段难以发现的品质缺陷，对提升电池品质大有裨益。

太阳电池；电致发光；电池缺陷；隐裂；断栅

中国科技飞速发展，促进光伏行业的改革，光伏组件质量有所提升，并强化了其质量控制及测试手段。原有组件外观和电性能测试已经无法满足该行业的要求，要测试晶体硅太阳电池及组件的潜在缺陷，这种方式称为EL测试。EL测试已经得到广泛应用，在多家晶体硅太阳电池及组件生产厂家使用，通过这种手段，晶体硅太阳电池及组件得到了较好的质量检测和质量控制。

1　EL测试的原理

EL测试在太阳电池中得到较好运用，其少子的扩散长度要高于势垒宽度，工作人员需要掌握电子和空穴通过势垒时存在复合而消失的情况，然后继续向扩散区扩散。在特定的电压下主要是正向偏置，p-n结势垒区和扩散区都拥有少数载流子，然后这些非平衡状态会与大多数载流子复合，并散发光亮，这就是太阳电池发光的主要原理[1]，具体情况见图1[2]。

图1　EL测试原理图

图2　电致发光的光谱图

在EL测试中，晶体硅太阳电池加上正向偏置电压，都会向电池注入大量非平衡载流子和直流电源，是产生非平衡载流子的主要设备。电池通过在这些非平衡载流子与平衡的载流子不断复合而发生光亮，形成光伏效应的逆过程，然后利用有效的相机捕捉这些光子，计算机处理后，显示的整个过程都要在暗室进行。EL测试图像亮度，会与电池片的少子寿命及电流密度成正比排列[4]，具体内容如图3所示。在太阳电池出现缺陷的地方，少子扩散长度比较短，且能够显示，此时图像展示的亮度较差。在EL测试后，分析图像，能够清晰地发现太阳电池及组件潜在的缺陷，工作人员要做好记录，并合理制定合理的措施。

2　EL测试常见缺陷及分析

2.1破片

在测试组件测试中，工作人员发现其中存有破片，这种情况主要是封装过程中的焊接和层压导致。在测试图中，这种情况主要显示为黑块，见图4。电池片破裂后，没有电流注入，所以该区域不会发出亮光。布，工作人员很难在晶体中分辨是多晶硅的晶界还是电池片中的隐裂纹，见图5。

图3　EL强度决定于正向注入电流密度和少子扩散长度（电致发光强度/cd）

图4　组件破片EL图像

2.2隐裂

晶体硅太阳电池选用的硅材料容易破碎，所以工作人员在组装中要注意裂片产生的不同形式。这种形式主要有两种，一种是显裂，另一种是隐裂。在实际工作中，显裂能够用眼睛看到，工作人员可以在组件生产中通过分序的方式，剔除这种情况。而在隐裂的分辨中，工作人员无法使用肉眼看到，所以在生产中存在破片问题。太阳电池中的单晶硅的解离面有一定规则，能够在EL测试图中更加清楚掌握单晶硅电池的隐裂纹，然后分析这种规律性。一般情况下，这种隐裂纹都是沿着对角线的方向，呈“X”状分

根据研究显示，在晶体硅太阳电池中，长度超过1 mm的裂纹无法应对较大的承载，一般以2 400 Pa为上限，这种压力会对电池产生严重影响[5]。工作人员在户外使用这种电池时，会加大裂缝的程度，使其变成碎片，导致电性能的损失或开路，这种情况下会严重影响电池的寿命和可靠性，所以，工作人员要进行EL测试。情况，见图8。

图5　单、多晶电池片隐裂EL图像

2.3断栅

在电池片中出现断栅，是因为电池片本身栅线印刷不够细致或焊接过程存在失误导致。在EL测试中，要分析电池片中主栅线的暗线，对其注入电流，如果密度很小或基本没有，会导致电池片的断栅出光度较弱，见图6。

图6　单、多晶电池片虚印、断栅EL图像

2.4烧结缺陷

生产电池片的过程中，要重视烧结工序，然后掌握这种工艺参数。如果烧结设备存在缺陷，就是会导致生产出的电池片在测试中，出现大面积的履带印，这种情况下如果进行工装改造，就能够较好改善这个问题。其现象如图7所示。

图7　履带印EL图像

2.5黑芯片

在EL测试图中，工作人员发现黑芯片能够清晰地看到电池片中心到边缘逐渐变亮的区域，其主要原因产生在硅材料制作过程中，即硅棒的拉制过程中，主要与溶解度和分凝系数有关。这种缺陷主要是晶体硅电池片内的少量载流子浓度降低，然后造成这种缺陷，最后出现电池片在EL测试成像图片中部分颜色较淡的

图8　黑芯片EL图像

2.6漏电

漏电现象主要是电性能测试的问题，图9主要显示的是Irev2值偏大的片子。

图9　漏电电池片EL图像

从图中可知，较粗黑线主要代表这个区域缺少探测器，无法分析光子的出现。工作人员需要使用显微镜观察，发现电池正面银浆印刷，并在硅片的表面有划伤出现。在IV测试的分选中，要增加12 V反压，然后增加正面的p-n结烧穿短路，所以其区域测试显示为黑色。

2.7电池片混档

电池片混档这种情况主要存在于组件生产过程中，有部分电池片发光强度不均衡，电池片电流分档受到影响，如图10的组件混档，就是电流或是电压分档不一致导致的。

图10　组件混档EL图像

2.8电池片电阻不均匀

在EL测试中，工作人员要分析电池表面的发光强度，分析其出现的原因。电池片电阻不均匀，主要区域较暗，串联电阻较大。这种缺陷在电池片少子寿命少的情况下，有明显差异。例如电阻不均匀，太阳电池片分布的地段会呈现电阻大的情况。但从实际情况分析，这种缺陷密度较高，电池中会有少子符合，并逐渐增加符合速度，减少跃迁概率，这种现象会缩短少少子寿命，影响电池在EL测试中的亮度。

工作人员要明确电池片在使用上体现的功能，然后分析不均匀电阻及可能体现的参数数值，由这个因素分析并联电阻对整个线路的影响。一般来讲，并联电阻不会对电池造成较大影响，但是p-n结反向特征明显。工作人员要在并联电阻的影响下，分析漏电流的影响及作用，并检查和记录电池功率的下降情况。

3　结语

EL测试在晶硅电池组件的应用中，要明确主要使用的原理和方法，工作人员使用电致发光原理，对电池及其组件进行红外成像测试。在EL测试中，工作人员能够准确检查出电池片中的情况，例如是否存在隐裂、电阻不均匀或断栅等缺陷，这种隐形缺陷想无法通过人员肉眼查验，只能在试验中进行分析。在测验中，如果出现人为划痕也能被较好地分辨出来，工作人员通过这种方式进行电池及其组件的检测，充分体现EL在电池应用和组件质量使用中的作用[6]。

[1]刘恩科,朱秉生,罗晋生,等.半导体物理学[M].西安:西安交通大学出版社,1998.

[2]Y.Takahashi,Y.Kaji,A.Ogane,et al."-Luminoscopy-Novel Tool for the Diagnosis of Crystalline Silicon solar cells and Modules Utilizing Electroluminescence"[R].Tokyo:IEEE,2006.

[3]P.Würfel,T.Trupke,and T.Puzzer.Diffusion lengths of silicon solar cells fromluminescenceimages[J].J.Appl.Phys,2007(101):110-123.

[4]柳效辉,徐林,肖晨江,等.晶体硅太阳电池电致发光的研究[J].太阳能学报,2011,6(6):21-25.

[5]肖娇,徐林,曹建明.缺陷太阳电池EL图像及伏安特性分析[J].现代科学仪器,2010,10(5):105-107.

[6]郑建邦,任驹,郭文阁,等.太阳电池内部电阻对其输出特性影响的仿真[J].太阳能学报,2006,27(2):121-125.

高艳飞（1980—），男，河北邢台人，2005年毕业于河北科技大学应用物理专业，助理工程师。