太阳能组件功率损失检测方法的探讨

李永超　王振如

摘 要：通过对太阳能组件封装过程中功率损失进行了研究，分析了会导致组件的功率损失的因素，包括组件焊接、电池的品质、电池分选造成的电流失配等。通过对存在异常的组件和电池进行追溯，提出了多种在发生功率损失时对组件和电池的检测方法，包括EL图像检测、电池印刷效果检测和焊接牢固程度检测等。通过这些检测方法可以减少发生功率损失的事故，从而减少对企业造成的损失。

关键词：功率损失；检测方法；CTM

中图分类号：TM914.4 文献标识码：A 文章编号：1671-2064（2018）07-0035-01

封装损失会造成组件的功率损失。通常我们使用组件输出功率与电池片功率总和的百分比（Cell To Module，简称CTM值）表示组件功率损失的程度，CTM值越高表示组件封装功率损失的程度越小[1]。

在对一批近15000块的组件统计中，发现此批组件中CTM低于96%的比例达到了35%以上，并且出现了大量CTM<95%的组件，而正常的组件CTM应该主要集中在97～98%之间，并且不会出现CTM<95%的组件，说明这批组件的功率损失异常。

在商业化生产过程中CTM的降低，不仅会造成了严重的经济损失，而且会造成大量生产材料的浪费，更可能遭到客户的投诉，影响一个公司的品牌形象，所以对此现象的成因需要亟待解决。

1 功率损失检测

1.1 电致发光测试

电致发光测试又称EL测试，其原理是物质在一定的电场作用下被相应的电能所激发而产生的发光现象。这样，从底片的曝光程度就可以判断电池中是否存在缺陷。EL成像缺陷可以造成组件串联电阻增大、并联电阻减小、输出功率降低及光电转换率下降等不良问题。所以说，EL测试是表征太阳能电池及组件的一种重要手段，也是是一种非常有效的方法。

对该批次异常组件检测EL，成像中不存在隐裂、碎片、断栅、黑芯片、黑团片、短路黑片等缺陷情况[2-3]，并且没有明显的混档、电流失配的情况。

1.2 组件测试数据分析

在相同的产线和测试上对正常批次和异常批次电池所生产的组件进行了测试，发现均为FF偏低、Rs偏低的现象；然后在不同的产线和测试设备上重复上述实验，也得到了相同的结论。推测可能是不同批次的电池片导致的CTM异常，造成组件功率损失。

1.3 电池测试数据分析

根据推测，该事件中组件功率损失可能是由于电池片导致，所以对电池片进行了如下测试。

首先对同批次中间效率段的电池进行复测，验证是否有混档的情况。从复测效率分布来看，包内极差在0.3%以内，大部分极差均为正偏差，无明显的混包现象。

其次使用欧姆计测量各电极之间的电阻，这是一种简单有效的方法。测量结果显示抽测电池片正面电极Rs之间差值不大，而背面电极Rs在100mΩ以上，比正常电池的电阻（50mΩ左右）偏大，超出了2倍多。

第三选取某一效率段的电池，对Rs>3.2mΩ和Rs<3.2mΩ进行汇总，发现当Rs>3.2mΩ时，Uoc偏大0.003V，Isc偏大0.046A。Isc高的电池片同Isc低的电池片混投组件，Isc会损失。根据公式P=I2R，当电池的Isc越高时，功率损失越大。

最后通过近20000片的电池数据进行汇总，发现串联电阻Rs>3.0mΩ的电池仅占6%左右，而此次事件中CTM<95%的组件达到了16.1%，远远高于可能会造成功率损失的高串联电阻电池片所占的比例，并且此事件中功率损失是一个普遍现象，说明可能还有其他因素造成了此次事件中CTM异常。

1.4 不同Rs的电池对CTM的影响

将不同Rs的电池封装成组件，当电池的Rs>4.0mΩ时，组件的CTM最低为97.59%。组件的CTM随Rs增大而下降，从参数上来看表现为FF下降。如表1所示。

1.5 电极焊点抗拉强度测试

用精度为0.1N的手持拉力计或者拉力测试设备进行测试，将焊接镀锡铜带的电池固定在上下两片硬质夹板之间，将镀锡铜带通过上夹板的开槽引出（开槽的宽度应略大于镀锡铜带的宽度）；在与焊接面成近180°方向对焊带逐渐施加拉力，记录各有效焊接处焊带脱离的拉力值。采用手持拉力计每段有效焊接长度取点个数不少于3个。内控标准要求电极各段有效接触面附着强度或电极焊点抗拉强度最小值≥1N/mm，各段平均值≥1.5N/mm。

对异常组件背面焊带进行抗拉强度测试，发现大多焊接点的焊接效果，基本形成了相对稳定的Ag-Sn合金，偶有出现小段焊接不良现象，但从拆解的整体上看，焊接效果相对稳定。

1.6 背场水煮实验

在恒温水浴锅中加入电阻率不低于5mΩ的纯水，加热到70±2℃，保持恒温，放入待测电池片10min，目视观察，水中无浑浊，电池表面無气泡冒出。对该事件中同批次的电池片进行水煮实验，未发现水浑浊和表面冒气泡的现象。

1.7 TC50测试

组件在-40℃～85℃之间循环50次，每个循环4小时，在温度超过25℃时对组件通入Ipm，并对组件的电流连续性和温度进行监控。如表2所示。

此批次中异常的组件，不仅在首次测试时存在功率损失的情况，而且有持续衰减的现象。

2 结语

通过对太阳能组件封装过程中功率损失进行了研究，分析了会导致组件的功率损失的因素，包括组件焊接、电池的品质、电池分选造成的电流失配等。通过对存在异常的组件和电池进行追溯，提出了多种在发生功率损失时对组件和电池的检测方法，包括EL图像检测、电池印刷效果检测和焊接牢固程度检测等。但由于受到生产和试验环境的限制，发现问题之后追溯问题根源，可能会很困难，并且可能做不到对同批次原材料进一步检测，例如电池浆料的具体成分、原硅片的杂质成分等[4]，所以产品生产中的过程控制对产品质量的提高非常重要。

商业化生产中会周期或不定期的按照质控标准对某些指标进行抽查和检测，像发生此文中的这类事故会很少。既然这次事故中出现了大量的异常组件，并且通过多种检测方法未能找到主要原因，反应出此次事故中存在一些难以解决的问题，希望以后会有更加方便有效的检测方法，避免再次造成此类事故，减少对企业造成的损失。

参考文献

[1]陈筑.晶体硅太阳能组件功率损失研究[D].上海：上海交通大学，2013.

[2]王盛强，李婷婷.晶体硅组件电致光（EL）检测应用及缺陷分析[J].科技创新与应用，2016，（1）：89-90.

[3]肖娇，徐林.太阳电池缺陷EL检测及电性能分析[J].上海计量测试，2011，（3）：15-18.

[4]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，1998：216-233.