缺陷檢測是太陽電池組件生產(chǎn)制備過程中的核心步驟,，因硅電池單元一般采用硅棒切割生產(chǎn),，在生產(chǎn)過程中容易受到損傷，產(chǎn)生虛焊,、隱裂,、斷柵等問題，這些問題對(duì)電池的轉(zhuǎn)換效率和使用壽命有著嚴(yán)重的影響,，嚴(yán)重時(shí)將危害組件甚至光伏發(fā)電系統(tǒng)的穩(wěn)定性,。為了提高組件的效率及合格率，并能夠針對(duì)各生產(chǎn)環(huán)節(jié)中產(chǎn)生的缺陷情況及時(shí)調(diào)整維護(hù)生產(chǎn)設(shè)備,，需配備大量的在線缺陷檢測設(shè)備,。電致發(fā)光（EL）檢測由于其質(zhì)量高,、成本低、且能快速,、準(zhǔn)確識(shí)別出組件電池單元常見缺陷等特點(diǎn),，在組件封裝生產(chǎn)環(huán)節(jié)中得到了廣泛應(yīng)用，該檢測應(yīng)用對(duì)整個(gè)光伏產(chǎn)業(yè)具有深刻意義和重大價(jià)值,。

　　在太陽能電池中，少子的擴(kuò)散長度遠(yuǎn)遠(yuǎn)大于勢壘寬度,，因此電子和空穴通過勢壘區(qū)時(shí)因復(fù)合而消失的幾率很小,，繼續(xù)向擴(kuò)散區(qū)擴(kuò)散。在正向偏壓下,，p-n結(jié)勢壘區(qū)和擴(kuò)散區(qū)注入了少數(shù)載流子,。這些非平衡少數(shù)載流子不斷與多數(shù)載流子復(fù)合而發(fā)光，這就是太陽電池電致發(fā)光的基本原理,。
　　太陽能電池電致發(fā)光（Electroluminescence）測試,，又稱場致發(fā)光測試，簡稱EL測試,。其原理是,，通過對(duì)晶體硅太陽能電池外加正向偏壓，模擬實(shí)際使用中太陽光照射在電池組件上產(chǎn)生的等效直流電流,，給單片電池片通入1-40mA的正向電流,，電源便向電池注入大量非平衡載流子，作用于擴(kuò)散結(jié)兩邊,，電能把處于基態(tài)的原子進(jìn)行激發(fā),，使其處于激發(fā)態(tài)，由于處于激發(fā)態(tài)的原子不穩(wěn)定,，進(jìn)行自發(fā)輻射,，這樣，電致發(fā)光依靠從擴(kuò)散區(qū)注入的大量非平衡載流子不斷地復(fù)合發(fā)光,，放出光子,，通過濾波片的作用及底片的曝光程度來了解在自發(fā)輻射中本征躍遷的情況，利用CCD相機(jī)捕捉到這些光子,，利用少子壽命,、密度與光強(qiáng)間的關(guān)系，即太陽能電池的電致發(fā)光亮度正比于少子擴(kuò)散長度,，正比于電流密度,，再通過計(jì)算機(jī)處理后顯示出來，如圖1所示,。這樣,，從底片的曝光程度就可以判斷硅片中是否存在缺陷,。

　　圖1、EL測試原理圖

　　由于本征硅的帶隙約為1.12eV,，可以計(jì)算出晶體硅太陽能電池的帶間直接輻射符合的EL光伏的峰值應(yīng)該在1150mm附近,，所以EL測試的光屬于近紅外光（NIR）。這些光線只有在不受外光（即太陽能,、可見光,、紅外線、紫外線等）干擾下才能被紅外光學(xué)相機(jī)捕捉到,，這就要求整個(gè)組件發(fā)光只有在暗箱狀態(tài)下才能被相機(jī)捕捉,，因而，整個(gè)EL測試過程是在一個(gè)不會(huì)被外光干擾的暗箱中進(jìn)行的,，只有這樣可以準(zhǔn)確地判別電池片或組件是否存在缺陷,，否則將會(huì)對(duì)產(chǎn)品的性能產(chǎn)生重大影響。

　　在日常來料檢驗(yàn)過程中,，通過對(duì)電池組件的EL測試，能夠合理有效控制由于工藝參數(shù)設(shè)置不當(dāng)和人為因素引起的組件不良缺陷,。大多數(shù)組件缺陷都是由于電池片及組件的生產(chǎn)工藝不合理及人為等外在因素造成的,。晶體硅組件缺陷主要包括：隱裂（裂紋）、破片,、黑心片,、黑團(tuán)片、黑斑片,、履帶片,、斷線、穿孔,、邊緣過刻、主柵線漏電,、副柵線漏電,、境界漏電、燒結(jié)缺陷,、短路黑片,、非短路黑片、網(wǎng)格片,、過焊片,、明暗片、局部斷路片,、位錯(cuò),、層錯(cuò),、虛焊或過焊等多種，下面列舉晶體硅組件四種常見缺陷,，分別從EL成像特點(diǎn),、原因形成等方面進(jìn)行缺陷分析。
　　3.1,、隱裂（裂紋片,、破片）
　　（1）產(chǎn)生原因：電池片在生產(chǎn)制造過程中,，由于在焊接或搬運(yùn)過程中受到外力作用造成,；電池片在低溫下沒有經(jīng)過預(yù)熱在短時(shí)間內(nèi)突然受到高溫后出現(xiàn)膨脹造成隱裂現(xiàn)象。（2）成像特點(diǎn)：由于單晶硅的解離面具有一定的規(guī)則,，通過EL成像圖可以清晰地看到單晶硅電池片的隱裂紋呈現(xiàn)“x”狀圖形,；多晶硅電池片由于晶界的影響有時(shí)很難區(qū)分是多晶硅的晶界還是電池片中的隱裂紋。裂紋片的成像特點(diǎn)是裂紋在EL測試下產(chǎn)生明顯的明暗差異的紋路（黑線）,。如圖2,、3所示。（3）組件影響：組件隱裂后,，長時(shí)間運(yùn)行會(huì)造成組件功率衰減,；經(jīng)過一段時(shí)間積累后，組件會(huì)出現(xiàn)熱斑現(xiàn)象,，直接造成組件損壞,。

　　圖2、EL測試成像（隱裂）

　　圖3,、EL測試成像（隱裂）

　　3.2,、黑心片（黑團(tuán)片）
　　（1）產(chǎn)生原因：在直拉硅棒生產(chǎn)過程中,，晶體定向凝固時(shí)間縮短,，熔體潛熱釋放與熱場溫度梯度失配，晶體生長速率加快,，過大的熱應(yīng)力導(dǎo)致硅片內(nèi)部位錯(cuò)缺陷,。（2）成像特點(diǎn)：黑芯或黑團(tuán)片在EL成像圖中可以清晰的看到從電池片中心到邊緣逐漸變亮的同心圓，從而導(dǎo)致缺陷的部分在EL測試過程中表現(xiàn)為發(fā)光強(qiáng)度較弱或不發(fā)光,。從而形成復(fù)合密集區(qū),，在通電情況下電池片中心一圈呈現(xiàn)黑色區(qū)域。如圖4,、5所示,。（3）組件影響：組件出現(xiàn)此缺陷后，長時(shí)間運(yùn)行，會(huì)造成熱擊穿,；在使用組件測試儀測試組件IV測試特性曲線時(shí),，測試曲線呈現(xiàn)臺(tái)階形狀；同時(shí)長時(shí)間運(yùn)行會(huì)導(dǎo)致組件功率下降,。

　　圖4,、EL測試成像（黑心）

　　圖5、EL測試成像（黑團(tuán)）

　　3.3,、短路黑片（非短路黑片）
　?。?）產(chǎn)生原因：組件單串焊接過程中造成的短路；組件層壓前,，混入了低效電池片造成,；硅片使用上錯(cuò)用N型片，無PN結(jié),，故EL成像為全黑,；（2）成像特點(diǎn)：組件某個(gè)位置出現(xiàn)1塊或多塊電池片呈現(xiàn)全黑現(xiàn)象；（3）組件影響：會(huì)造成組件IV測試曲線呈現(xiàn)臺(tái)階,，組件功率和填充因子都會(huì)受到較大影響,。使被短路的電池片不能對(duì)外提供功率，整塊組件輸出功率降低,，IV測試曲線最大功率下降,。如圖6、7所示,。

　　圖6,、EL測試成像（短路黑片）

　　圖7、EL測試成像（短路黑片）

　　3.4,、斷柵
　?。?）產(chǎn)生原因：電池片本身柵線印刷不良或電池片不規(guī)范焊接；絲網(wǎng)印刷參數(shù)設(shè)置不當(dāng)或絲網(wǎng)印刷質(zhì)量不過關(guān),；硅片切割不均勻,，可能出現(xiàn)斷層現(xiàn)象；（2）成像特點(diǎn)：EL成像圖中電池片的斷柵處發(fā)光強(qiáng)度較弱或不發(fā)光,；（3）組件影響：組件短路電流,、并聯(lián)電阻、填充因子及效率均下降,，而串聯(lián)電阻增大，開路電壓影響較小,。如圖8,、9所示。

　　圖8,、EL測試成像（斷柵）

　　圖9,、EL測試成像（斷柵）

　　通過對(duì)以上組件EL成像缺陷分析，可以看出太陽能電池電致發(fā)光（Electroluminescence）測試在短時(shí)間內(nèi)就能確定太陽能電池及組件缺陷情況及其分布,，通過EL成像可以快速準(zhǔn)確測出太陽能電池及組件可能存在隱裂,、破片、斷柵,、黑芯片,、黑團(tuán)片、短路黑片等缺陷情況,。通過對(duì)各自EL成像特點(diǎn)和影響分析,，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(zhuǎn)換率下降等不良問題,。同時(shí)通過分析EL成像，也有助于完善和改進(jìn)太陽能電池組件生產(chǎn)工藝,，控制產(chǎn)品質(zhì)量,、提高組件成品率、避免生產(chǎn)過程中的浪費(fèi),，對(duì)太陽能電池組件生產(chǎn)和檢測有著重要的指導(dǎo)意義,。

王盛強(qiáng) 李婷婷

遼寧太陽能研究應(yīng)用有限公司 質(zhì)檢部

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