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全方位分析光伏組件隱裂原因及解決方案
瀏覽： 發表時間：2023-05-31 13:12:08
隱(yin)裂的(de)研(yan)究進(jin)展(zhan)(zhan)，給出(chu)相(xiang)關(guan)測(ce)試標(biao)準，探討隱(yin)裂探測(ce)方法和(he)(he)相(xiang)關(guan)標(biao)準中的(de)載(zai)荷測(ce)試，研(yan)究分(fen)析(xi)在(zai)電池(chi)生產和(he)(he)電站運(yun)行過程中可能造成(cheng)隱(yin)裂和(he)(he)隱(yin)裂擴展(zhan)(zhan)的(de)原因，并給出(chu)隱(yin)裂解決方案(an)。通(tong)過研(yan)究隱(yin)裂的(de)特性和(he)(he)測(ce)試方法，來降低組件(jian)發生隱(yin)裂的(de)概率(lv)，從而保證組件(jian)的(de)可靠性和(he)(he)使用壽命。
隨(sui)著(zhu)太(tai)陽(yang)能逐漸(jian)成為新能源中重(zhong)要(yao)的(de)一部分(fen)，光(guang)伏(fu)(fu)產(chan)業的(de)發展在不斷加速(su)。在發展的(de)過程中，光(guang)伏(fu)(fu)組(zu)件(jian)產(chan)品的(de)質量及(ji)可(ke)靠(kao)性受到(dao)極(ji)大重(zhong)視。隱(yin)裂(lie)問題是(shi)近些年在光(guang)伏(fu)(fu)電站運(yun)(yun)行(xing)時發現的(de)問題，晶(jing)硅(gui)組(zu)件(jian)由于其本身的(de)晶(jing)體結構(gou)十分(fen)容(rong)易發生(sheng)(sheng)破(po)(po)裂(lie)[1]，以(yi)及(ji)晶(jing)硅(gui)電池片趨向薄(bo)化，降低了組(zu)件(jian)防止機(ji)械破(po)(po)壞的(de)能力[2]，更易產(chan)生(sheng)(sheng)隱(yin)裂(lie)。組(zu)件(jian)產(chan)生(sheng)(sheng)隱(yin)裂(lie)會降低組(zu)件(jian)的(de)效(xiao)率[3]、可(ke)靠(kao)性和使(shi)用壽命(ming)，乃至光(guang)伏(fu)(fu)系(xi)統(tong)的(de)穩(wen)定性[4]。因此，研究(jiu)隱(yin)裂(lie)特性及(ji)隱(yin)裂(lie)造成的(de)影響，對組(zu)件(jian)生(sheng)(sheng)產(chan)和運(yun)(yun)行(xing)有非常(chang)重(zhong)要(yao)的(de)意義。本文主要(yao)從(cong)以下幾方面介紹隱裂有關的研(yan)究進展。
1)研究隱裂特性。不同形狀(zhuang)的(de)隱裂(lie)(lie)(lie)對(dui)電池(chi)造成的(de)損(sun)害(hai)不一(yi)，對(dui)形狀(zhuang)進行(xing)(xing)分(fen)類時(shi)，主(zhu)要(yao)從隱裂(lie)(lie)(lie)與(yu)主(zhu)柵線的(de)相對(dui)位置來(lai)區分(fen)。據統計，平(ping)行(xing)(xing)于主(zhu)柵線的(de)隱裂(lie)(lie)(lie)對(dui)電池(chi)發電量的(de)損(sun)害(hai)最(zui)大[5]。其次，模擬組(zu)件的(de)應力分(fen)布，用有(you)限元分(fen)析(xi)軟件ANSYS對(dui)晶(jing)硅(gui)組(zu)件進行(xing)(xing)應力仿(fang)真(zhen)(zhen)。仿(fang)真(zhen)(zhen)時(shi)需要(yao)考慮機(ji)械強度(du)和組(zu)件各(ge)層材料的(de)熱膨脹系數(shu)(CTE)。
2)機械(xie)載荷測試與熱(re)循環測試。目前IEC61215標準中對組件機械載荷要求，該測試的目的是評估組件對風、雪、靜負載或冰雪負載的抵抗能力，將總強度為2400Pa(或5400Pa)的外部環境機械應力垂直施加到組件表面上[6]，該測試為靜態載荷測試。若要模擬風引起的馳震、顫動，以及由降雨/風力引起的振動等，則需對組件進行動態機械載荷測試，但目前標準中并未做出相關規定。在實際運行中，動態(或熱)機械負載對組件所提出的要求要比靜態負載高許多[7]。機械載荷測試后進行熱循環測試，觀察組件產生的隱裂等問題。
3)隱裂探測方法(fa)。由于隱裂難以用肉眼觀察到，一般需要通過儀器測試才能探測，很難人為做出定量判斷這種看不到的缺陷。目前探測隱裂最常用的方法是電致發光(EL)測試[8]，更加精準地探測電池片隱裂的方法有電子散斑干涉法[9]、光致發光(PL)測試[10]、超聲波諧振探測法[11]。
4)組(zu)件生產(chan)、運輸及運行時(shi)造成(cheng)的(de)隱裂(lie)與隱裂(lie)擴展。在(zai)硅片(pian)切割[12]、焊線[13]、絲網印(yin)刷[14]、層壓(ya)[15]等生產(chan)(chan)過程中(zhong)，電池片(pian)受(shou)到機械負載(zai)與(yu)熱負載(zai)而(er)產(chan)(chan)生隱(yin)裂及隱(yin)裂擴展(zhan)。此(ci)外(wai)，在(zai)組件(jian)運輸途中(zhong)[16]會受(shou)到更(geng)多(duo)外(wai)力威脅，組件(jian)運行(xing)時(shi)存在(zai)晝夜溫差和(he)風(feng)雪載(zai)荷[17]。面對隱(yin)裂造成(cheng)的(de)危(wei)害，如何防(fang)止(zhi)隱(yin)裂的(de)產(chan)(chan)生已是整個光伏行(xing)業面臨的(de)棘(ji)手問(wen)題。本文將綜合(he)目前對隱(yin)裂的(de)研究，并分析防(fang)止(zhi)手段。
1.1隱(yin)裂的類(lei)型
在實際(ji)觀測中會遇到各種形(xing)狀(zhuang)的(de)(de)裂(lie)紋(wen)(wen)，經過簡單歸納(na)，主要分(fen)為6類：樹狀(zhuang)裂(lie)紋(wen)(wen)、綜(zong)合型(xing)裂(lie)紋(wen)(wen)、+45°/-45°(斜裂(lie)紋(wen)(wen))、平行于(yu)(yu)柵(zha)線、垂直于(yu)(yu)柵(zha)線、貫穿整個電(dian)池片的(de)(de)裂(lie)紋(wen)(wen)，部分(fen)如圖1所示。并非所有(you)裂(lie)紋(wen)(wen)對(dui)組件性能(neng)都有(you)嚴(yan)重的(de)(de)影響(xiang)，經過測試(shi)可知，50%的(de)(de)電(dian)池片受損與平行于(yu)(yu)柵(zha)線的(de)(de)隱(yin)裂(lie)有(you)關(guan)，斜裂(lie)紋(wen)(wen)、樹狀(zhuang)裂(lie)紋(wen)(wen)、綜(zong)合性裂(lie)紋(wen)(wen)影響(xiang)都在14%～20%之間，由垂直于(yu)(yu)柵(zha)線的(de)(de)隱(yin)裂(lie)產(chan)生衰退的(de)(de)電(dian)池片只有(you)1%。
1.1.1不同(tong)隱裂(lie)對組件發(fa)電性能的影響
為(wei)何當(dang)裂(lie)(lie)(lie)(lie)(lie)紋(wen)(wen)平行(xing)于柵(zha)(zha)線(xian)時(shi)(shi)(shi)會(hui)嚴重(zhong)減小發電(dian)(dian)(dian)性能(neng)？從晶硅電(dian)(dian)(dian)池板(ban)的(de)(de)結構來看，收集(ji)電(dian)(dian)(dian)流的(de)(de)細(xi)柵(zha)(zha)線(xian)垂(chui)直于主(zhu)(zhu)(zhu)柵(zha)(zha)線(xian)。當(dang)電(dian)(dian)(dian)池表面(mian)出(chu)現平行(xing)于主(zhu)(zhu)(zhu)柵(zha)(zha)線(xian)、垂(chui)直于細(xi)柵(zha)(zha)線(xian)的(de)(de)裂(lie)(lie)(lie)(lie)(lie)紋(wen)(wen)時(shi)(shi)(shi)，導致細(xi)裂(lie)(lie)(lie)(lie)(lie)紋(wen)(wen)無(wu)法(fa)將收集(ji)的(de)(de)電(dian)(dian)(dian)流匯集(ji)到主(zhu)(zhu)(zhu)柵(zha)(zha)線(xian)，引起電(dian)(dian)(dian)池片部分甚至全部失效。如圖2所示，不(bu)同方(fang)(fang)向的(de)(de)裂(lie)(lie)(lie)(lie)(lie)紋(wen)(wen)導致細(xi)柵(zha)(zha)線(xian)斷(duan)裂(lie)(lie)(lie)(lie)(lie)，電(dian)(dian)(dian)池片部分區域(yu)失效而無(wu)法(fa)發電(dian)(dian)(dian)。裂(lie)(lie)(lie)(lie)(lie)紋(wen)(wen)成(cheng)45°時(shi)(shi)(shi)，失效面(mian)積只占(zhan)電(dian)(dian)(dian)池片面(mian)積的(de)(de)6.25%，但平行(xing)于主(zhu)(zhu)(zhu)柵(zha)(zha)線(xian)的(de)(de)裂(lie)(lie)(lie)(lie)(lie)紋(wen)(wen)，會(hui)造成(cheng)25%的(de)(de)面(mian)積損失；垂(chui)直于主(zhu)(zhu)(zhu)柵(zha)(zha)線(xian)的(de)(de)裂(lie)(lie)(lie)(lie)(lie)紋(wen)(wen)幾乎不(bu)影響細(xi)柵(zha)(zha)線(xian)，因此造成(cheng)電(dian)(dian)(dian)池片失效的(de)(de)面(mian)積幾乎為(wei)零[5]。經過機械載(zai)荷(he)測(ce)試，對各方(fang)(fang)向裂(lie)(lie)(lie)(lie)(lie)紋(wen)(wen)做出(chu)統(tong)計(ji)。平行(xing)于柵(zha)(zha)線(xian)的(de)(de)裂(lie)(lie)(lie)(lie)(lie)紋(wen)(wen)不(bu)僅很有(you)可能(neng)造成(cheng)失效面(mian)積，而且該(gai)方(fang)(fang)向裂(lie)(lie)(lie)(lie)(lie)紋(wen)(wen)造成(cheng)的(de)(de)最(zui)大損失面(mian)積可高達16%～25%以上；組件中(zhong)2/3的(de)(de)斜裂(lie)(lie)(lie)(lie)(lie)紋(wen)(wen)對組件的(de)(de)功(gong)率(lv)穩(wen)定沒有(you)影響；樹(shu)狀(zhuang)裂(lie)(lie)(lie)(lie)(lie)紋(wen)(wen)會(hui)產(chan)生大范圍的(de)(de)失效面(mian)積，在(zai)測(ce)試時(shi)(shi)(shi)最(zui)大失效面(mian)積可達55%。
1.1.2隱裂的空間分布
垂直裂(lie)(lie)紋(wen)出(chu)現幾率(lv)(lv)較(jiao)小，只在(zai)(zai)(zai)組(zu)件(jian)(jian)邊(bian)緣(yuan)處發生(sheng)。斜(xie)裂(lie)(lie)紋(wen)和(he)(he)平行(xing)裂(lie)(lie)紋(wen)在(zai)(zai)(zai)組(zu)件(jian)(jian)上分布不均(jun)勻(yun)，斜(xie)裂(lie)(lie)紋(wen)易出(chu)現在(zai)(zai)(zai)組(zu)件(jian)(jian)角(jiao)落的電(dian)(dian)池(chi)片上，且出(chu)現斜(xie)裂(lie)(lie)縫電(dian)(dian)池(chi)片的位置(zhi)(zhi)主要成對(dui)角(jiao)線關系(xi)，而相反方(fang)向對(dui)角(jiao)線上的電(dian)(dian)池(chi)片則很少(shao)出(chu)現。平行(xing)裂(lie)(lie)紋(wen)在(zai)(zai)(zai)組(zu)件(jian)(jian)各位置(zhi)(zhi)出(chu)現概率(lv)(lv)較(jiao)大，只在(zai)(zai)(zai)短(duan)邊(bian)最外列出(chu)現較(jiao)少(shao)。各類(lei)型裂(lie)(lie)紋(wen)在(zai)(zai)(zai)組(zu)件(jian)(jian)上出(chu)現的概率(lv)(lv)如圖5所示，顏色越(yue)深(shen)，說明出(chu)現的機會越(yue)大。樹狀和(he)(he)綜合型裂(lie)(lie)紋(wen)在(zai)(zai)(zai)電(dian)(dian)池(chi)板(ban)上分布較(jiao)均(jun)勻(yun)，發生(sheng)概率(lv)(lv)也較(jiao)小[5]。
1.2對組件的(de)應力分布仿真(zhen)
為(wei)研(yan)(yan)究裂(lie)紋(wen)空間(jian)(jian)分(fen)布的(de)(de)原(yuan)因(yin)，大(da)部(bu)分(fen)研(yan)(yan)究采用有限元分(fen)析(xi)(xi)。該技術可(ke)模(mo)(mo)(mo)擬(ni)風壓(ya)(ya)(ya)、雪壓(ya)(ya)(ya)等載(zai)(zai)荷(he)作用在光伏(fu)(fu)組(zu)件(jian)時(shi)的(de)(de)情(qing)況，進行位移(yi)(yi)、應力(li)(li)分(fen)析(xi)(xi)計(ji)算(suan)(suan)，獲得精確的(de)(de)結(jie)果(guo)。有限元分(fen)析(xi)(xi)可(ke)用于靜態載(zai)(zai)荷(he)模(mo)(mo)(mo)擬(ni)，模(mo)(mo)(mo)擬(ni)條件(jian)一般采用IEC61215標準中(zhong)(zhong)(zhong)(zhong)要求的(de)(de)載(zai)(zai)荷(he)5400Pa。首先考(kao)慮(lv)層(ceng)(ceng)壓(ya)(ya)(ya)過程(cheng)：在ANSYS中(zhong)(zhong)(zhong)(zhong)對(dui)光伏(fu)(fu)組(zu)件(jian)幾何(he)模(mo)(mo)(mo)型(xing)做適當的(de)(de)簡(jian)化處(chu)理，鋁合金邊框與玻璃的(de)(de)接(jie)(jie)觸(chu)裝配采用施加接(jie)(jie)觸(chu)支(zhi)撐約束(shu)在接(jie)(jie)觸(chu)面的(de)(de)簡(jian)化形式。由于模(mo)(mo)(mo)型(xing)及加載(zai)(zai)具有對(dui)稱性(xing)，所以建立1/4模(mo)(mo)(mo)型(xing)，從而(er)可(ke)簡(jian)化計(ji)算(suan)(suan)[18]。1)設定邊界位移(yi)(yi)為(wei)0；2)模(mo)(mo)(mo)型(xing)中(zhong)(zhong)(zhong)(zhong)考(kao)慮(lv)自重因(yin)素，方向(xiang)豎直向(xiang)下；3)在實際層(ceng)(ceng)壓(ya)(ya)(ya)過程(cheng)中(zhong)(zhong)(zhong)(zhong)，當溫(wen)度(du)上(shang)升到120℃時(shi)EVA開始變軟，直到140～150℃以上(shang)EVA才與其他層(ceng)(ceng)相(xiang)連，在這期(qi)間(jian)(jian)電(dian)池片不受(shou)(shou)EVA的(de)(de)壓(ya)(ya)(ya)力(li)(li)，模(mo)(mo)(mo)擬(ni)時(shi)層(ceng)(ceng)壓(ya)(ya)(ya)最高(gao)溫(wen)度(du)設定為(wei)145℃；4)在EVA冷卻后，由于各層(ceng)(ceng)材料的(de)(de)熱(re)膨脹系數不同，會產生應力(li)(li)。然后考(kao)慮(lv)機械載(zai)(zai)荷(he)，在光伏(fu)(fu)組(zu)件(jian)表面模(mo)(mo)(mo)擬(ni)施加5400Pa載(zai)(zai)荷(he)，模(mo)(mo)(mo)擬(ni)結(jie)果(guo)發(fa)現，靠(kao)近組(zu)件(jian)中(zhong)(zhong)(zhong)(zhong)心區域(yu)主要受(shou)(shou)拉伸應力(li)(li)，組(zu)件(jian)邊緣的(de)(de)電(dian)池片主要受(shou)(shou)抗壓(ya)(ya)(ya)應力(li)(li)[19]。計(ji)算(suan)(suan)出形變位移(yi)(yi)云(yun)(yun)圖，最大(da)形變位移(yi)(yi)發(fa)生在板的(de)(de)中(zhong)(zhong)(zhong)(zhong)心，由中(zhong)(zhong)(zhong)(zhong)心向(xiang)四(si)周遞減。計(ji)算(suan)(suan)應力(li)(li)云(yun)(yun)圖，發(fa)現最大(da)綜合應力(li)(li)發(fa)生在太(tai)陽(yang)電(dian)池層(ceng)(ceng)壓(ya)(ya)(ya)板長邊中(zhong)(zhong)(zhong)(zhong)間(jian)(jian)區域(yu)[18]。
除機械載荷，溫度(du)也對(dui)組件(jian)隱(yin)(yin)裂產生影響。硅是(shi)易碎的(de)(de)(de)材料，是(shi)線彈(dan)性(xing)結構，模擬裂紋(wen)(wen)擴展應(ying)用(LinearFractureMechanics，LEFM)，用應(ying)力強度(du)因子(zi)(StressIntensityFactors，SIFS)計(ji)算隱(yin)(yin)裂擴展，通過定(ding)義裂紋(wen)(wen)的(de)(de)(de)尖端條件(jian)模擬[20]。在(zai)組件(jian)上均勻模擬5400Pa機械載荷，分析圖(tu)(tu)如圖(tu)(tu)6所示(shi)(shi)，箭頭方(fang)向為應(ying)力方(fang)向，長(chang)度(du)表示(shi)(shi)大小。組件(jian)中(zhong)央受到的(de)(de)(de)應(ying)力最大，形成的(de)(de)(de)裂紋(wen)(wen)方(fang)向一般與應(ying)力的(de)(de)(de)方(fang)向垂直(zhi)(zhi)，從(cong)圖(tu)(tu)6可看出，豎直(zhi)(zhi)方(fang)向的(de)(de)(de)應(ying)力較大，這也解釋(shi)了(le)平(ping)行柵線的(de)(de)(de)裂紋(wen)(wen)遠多于垂直(zhi)(zhi)裂紋(wen)(wen)的(de)(de)(de)原因。
組件邊緣的應力(li)分布可觀(guan)(guan)察斜應力(li)的分布情況，從(cong)圖(tu)7顯示的情況來看，斜方向的應力(li)作用在組件上時，最大值出現(xian)在組件邊緣處。同(tong)樣的，觀(guan)(guan)察另一斜對角方向的應力(li)時，最大值出現(xian)在另兩個邊緣位置(zhi)。
從長遠來看，組件(jian)隱(yin)(yin)裂紋(wen)會(hui)造成(cheng)(cheng)極(ji)大(da)的功率(lv)損失，主(zhu)要是(shi)組件(jian)中的裂片會(hui)極(ji)大(da)地(di)影響組件(jian)性能。經過濕凍(dong)測試，隱(yin)(yin)裂紋(wen)有(you)(you)可能擴展，形成(cheng)(cheng)退化區域(yu)，該區域(yu)仍和電池(chi)有(you)(you)鏈接(jie)；或成(cheng)(cheng)為(wei)(wei)完全裂片的失效(xiao)面積(ji)，失效(xiao)面積(ji)為(wei)(wei)Ainactive。通(tong)過對隱(yin)(yin)裂組件(jian)做(zuo)仿真測試，研(yan)究以下幾種情況下隱(yin)(yin)裂引起的影響。
1)當單個電(dian)(dian)池片(pian)產(chan)生隱裂(lie)時，隱裂(lie)對該(gai)(gai)電(dian)(dian)池片(pian)造成(cheng)的功率影(ying)響。經過(guo)電(dian)(dian)路仿真發現，如果單個電(dian)(dian)池片(pian)某處形成(cheng)裂(lie)片(pian)，那么當失(shi)效面積(ji)Ainactive與總面積(ji)Atotal之比(bi)小于8.25%時，該(gai)(gai)隱裂(lie)對組件功率影(ying)響不大。
2)組件上的電池片產生隱裂，對整個組件功率的影響。通常組件上60個電池片串聯，每20個電池片與1個旁路二極管并聯保護組件。影響功率損失最大的因素在于電池片的失效面積，其次是產生隱裂的電池片數目。當某個電池片產生隱裂時，旁路二極管由阻斷轉為導通狀態，可保護其他兩串正常工作的電池片，保證剩余40個電池片正常工作。由此看出旁路二極管對保護產生隱裂的組件有十分重要的作用。研究組件中出現多個有缺陷的電池片，通過其功率損失的模擬結果來看，電池片的失效面積會對功率損失的影響很大。如圖9所示，模擬從電池片出現5%～50%的電失效面積，發現組件的功率損失明顯增大。而模擬增加隱裂電池片數目時，帶來的功率損失只是隨著隱裂電池片個數增加而緩慢增加。
3)隱裂組(zu)(zu)(zu)件(jian)(jian)(jian)對組(zu)(zu)(zu)串(chuan)的(de)功(gong)率(lv)(lv)(lv)影(ying)響。通常1個(ge)(ge)組(zu)(zu)(zu)串(chuan)中串(chuan)聯(lian)約60個(ge)(ge)電(dian)池片(pian)，其中每20～22個(ge)(ge)電(dian)池片(pian)與(yu)(yu)旁路二極管并聯(lian)。若1個(ge)(ge)組(zu)(zu)(zu)件(jian)(jian)(jian)產(chan)生功(gong)率(lv)(lv)(lv)損(sun)失(shi)，最大功(gong)率(lv)(lv)(lv)大幅減小，該組(zu)(zu)(zu)件(jian)(jian)(jian)因(yin)隱裂產(chan)生的(de)功(gong)率(lv)(lv)(lv)損(sun)失(shi)比率(lv)(lv)(lv)，與(yu)(yu)整個(ge)(ge)組(zu)(zu)(zu)串(chuan)的(de)功(gong)率(lv)(lv)(lv)損(sun)失(shi)不等。當失(shi)效(xiao)面積小于8%時，單(dan)(dan)個(ge)(ge)組(zu)(zu)(zu)件(jian)(jian)(jian)與(yu)(yu)組(zu)(zu)(zu)串(chuan)的(de)功(gong)率(lv)(lv)(lv)損(sun)失(shi)都很小，可忽略不計。但當失(shi)效(xiao)面積超過8%時，組(zu)(zu)(zu)串(chuan)和單(dan)(dan)個(ge)(ge)組(zu)(zu)(zu)件(jian)(jian)(jian)的(de)功(gong)率(lv)(lv)(lv)損(sun)失(shi)都隨著(zhu)失(shi)效(xiao)面積增大而升高(gao)，而且20個(ge)(ge)組(zu)(zu)(zu)件(jian)(jian)(jian)的(de)組(zu)(zu)(zu)串(chuan)功(gong)率(lv)(lv)(lv)失(shi)效(xiao)比單(dan)(dan)個(ge)(ge)組(zu)(zu)(zu)件(jian)(jian)(jian)失(shi)效(xiao)高(gao)[4]。 隱(yin)(yin)裂會(hui)造成(cheng)組(zu)件(jian)功率(lv)配比損失，損失的大小與隱(yin)(yin)裂的數量(liang)呈線性(xing)關系[4]。組(zu)件(jian)中(zhong)沒有(you)隱(yin)(yin)裂的電池片(pian)比有(you)隱(yin)(yin)裂的抗老化能力更(geng)強[21]。實際測(ce)(ce)(ce)試隱(yin)(yin)裂對(dui)組(zu)件(jian)的衰減時，通常先進行(xing)IEC61215-2005《地面(mian)用(yong)(yong)晶體硅(gui)光伏組(zu)件(jian)設(she)計鑒定和定性(xing)》10.16中(zhong)的機械載荷測(ce)(ce)(ce)試，該測(ce)(ce)(ce)試可(ke)引入不同類型(xing)的裂紋；然后對(dui)組(zu)件(jian)進行(xing)IEC61215中(zhong)10.12加速老化濕凍(dong)測(ce)(ce)(ce)試，需經(jing)過(guo)6h、200次循(xun)環；在測(ce)(ce)(ce)試后，采用(yong)(yong)EL測(ce)(ce)(ce)試對(dui)組(zu)件(jian)進行(xing)隱(yin)(yin)裂觀察。 經過機械負載測試的組件功率衰減不明顯，而在經過濕凍測試后，組件功率衰減明顯加劇。一些區域在濕凍測試前，由于電阻升高，經低電流EL測試顯示比周圍顏色較暗；經過濕凍測試后，該區域EL測試圖明顯加深(變為黑色)，有的形成功率衰減區域，有的出現與電池片分離的裂片。老化測試對隱裂影響很大，需要對潛在因素和裂紋的發展趨勢作更詳細的分析，為可能的風險作出預判[22]。 參考(kao)IEC61215-2005《地面用晶體(ti)硅(gui)光(guang)伏組件(jian)設計鑒定和(he)定性》及IEC61730-2:2007《光(guang)伏組件(jian)安全(quan)鑒定的試驗方(fang)法》，對有不同類型(xing)隱(yin)裂(lie)電(dian)池(chi)片(pian)的組件(jian)進行環境測試和(he)安全(quan)測試。觀察組件(jian)在測試前(qian)后的功率變化，結果見表1。 從電學性能上看，比較明顯的功率衰減有TC200、抗破損實驗、熱斑實驗及TC50+。針對實驗項目而言，機械載荷和抗破損實驗后，隱裂更加嚴重，主要是因為組件直接受外力壓迫或撞擊，電池片產生新的隱裂，舊的隱裂也會擴大。其次，所處環境溫變明顯，電池片會不斷收縮擴張，內部應力導致隱裂逐步擴大、變嚴重。熱斑測試對隱裂的影響很小[23]。 根據目(mu)前(qian)標準(zhun)(zhun)測試(shi)(shi)的(de)(de)(de)情況(kuang)來看，光(guang)伏組件在(zai)施加負(fu)載(zai)時顯示出相(xiang)對較好的(de)(de)(de)力學行為，其中負(fu)載(zai)標準(zhun)(zhun)嚴格(ge)參(can)照IEC61215/61646的(de)(de)(de)IEC批(pi)準(zhun)(zhun)型測試(shi)(shi)和IEC61730-2的(de)(de)(de)安全測試(shi)(shi)。2011年(nian)，TüV萊茵對這些測試(shi)(shi)進行了內部(bu)擴展實驗，結果顯示：一批(pi)數量為12000塊的(de)(de)(de)在(zai)認證程序(xu)中失敗的(de)(de)(de)c-Si組件(2005～2010年(nian))，在(zai)機械(xie)載(zai)荷(ML)測試(shi)(shi)的(de)(de)(de)失敗率為12.6%。 標準IEC61215/61646規定，在(zai)(zai)進行機械載(zai)(zai)荷(he)測(ce)試前，需在(zai)(zai)同一組(zu)(zu)件(jian)(jian)上進行溫度85℃和(he)相對濕(shi)(shi)度(RH)85%的(de)(de)濕(shi)(shi)熱測(ce)試。評估組(zu)(zu)件(jian)(jian)質量的(de)(de)方(fang)法包括(kuo)：比較測(ce)試前后(hou)(hou)的(de)(de)電(dian)(dian)能(neng)、隔離性能(neng)，以及檢查任何可能(neng)由負(fu)(fu)載(zai)(zai)導致的(de)(de)主(zhu)要(yao)可見缺陷。根據該定義，靜(jing)態載(zai)(zai)荷(he)測(ce)試(SML)用于(yu)(yu)模擬(ni)風、雪載(zai)(zai)荷(he)。2400Pa靜(jing)態載(zai)(zai)荷(he)作(zuo)用于(yu)(yu)前表(biao)面，然后(hou)(hou)作(zuo)用于(yu)(yu)后(hou)(hou)表(biao)面，最(zui)后(hou)(hou)在(zai)(zai)電(dian)(dian)池板(ban)前表(biao)面施(shi)(shi)加5400Pa壓(ya)力(li)，用于(yu)(yu)模擬(ni)高強(qiang)度載(zai)(zai)荷(he)測(ce)試。因標準測(ce)試規定每(mei)一種負(fu)(fu)載(zai)(zai)都需持續施(shi)(shi)加3h，總(zong)負(fu)(fu)載(zai)(zai)施(shi)(shi)加時(shi)間為6h，而組(zu)(zu)件(jian)(jian)受力(li)方(fang)向則每(mei)小時(shi)改變一次。圖12展(zhan)示(shi)了(le)受到繞(rao)y軸彎曲時(shi)，組(zu)(zu)件(jian)(jian)的(de)(de)張力(li)和(he)應(ying)力(li)分布，頂部(bu)受到壓(ya)應(ying)力(li)，在(zai)(zai)底部(bu)受到拉(la)應(ying)力(li)，在(zai)(zai)底部(bu)封裝(zhuang)材(cai)料受到的(de)(de)應(ying)力(li)會傳(chuan)遞到電(dian)(dian)池片中，與電(dian)(dian)池片本(ben)身的(de)(de)彎曲應(ying)力(li)疊加，于(yu)(yu)是最(zui)大的(de)(de)拉(la)應(ying)力(li)出現在(zai)(zai)電(dian)(dian)池片底部(bu)，導致出現隱裂。圖13展(zhan)示(shi)了(le)用鋁邊(bian)框封裝(zhuang)、長邊(bian)4個夾子的(de)(de)電(dian)(dian)池片，在(zai)(zai)5400Pa壓(ya)強(qiang)條件(jian)(jian)下，底部(bu)受第一主(zhu)應(ying)力(li)的(de)(de)影(ying)響(xiang)。 為研究(jiu)封裝太(tai)陽電池的機械特(te)性，首先(xian)模擬在x軸(zhou)和y軸(zhou)方(fang)向的機械載(zai)荷。圖14展示了探究(jiu)機械載(zai)荷的探究(jiu)過程。將(jiang)組件放(fang)在負載(zai)架上(shang)，壓(ya)載(zai)裝置(zhi)按照階梯(ti)狀過程，逐漸對電池板增加壓(ya)力，使電池片(pian)出現隱裂。分別將(jiang)電池片(pian)柵線垂(chui)直、平(ping)行于負載(zai)架放(fang)置(zhi)，用EL測試觀(guan)察電池片(pian)情況(kuang)[24]。 通過對(dui)單晶、多晶硅做多組測試，推算電池板產(chan)生隱(yin)裂發(fa)生的概率與施(shi)加(jia)應(ying)力大小的關系(xi)。結果(guo)如圖15所示。 在標準IEC61215/61646中，規定對組件施加的壓力應約等于速度為130km/h的實際強風所產生的力。例如，歐洲標準EN1991-1-4(用于計算風力對結構的作用)就指出，基本負載假設應該包括空氣動力負載因素在內。組件受動態風力影響的例子包括：震動零件引起的爆破震動(由變化中的爆破導致)、渦流引起的橫向震動(如馳震、顫動)，以及由降雨/風力引起的振動等。動態因素累積起來后將形成一種“準靜態”過程，以至于由突發強風引起的共振擺動都會被此過程所掩蓋。 目前最先進的光伏組件測試標準IEC61215和IEC61646，都只規定了靜態機械負載測試，而對疲勞應力施加在電池、電池連接器或玻璃、框架之類剛性構件的研究則很少。至于振蕩或交變力，實地中的動態(或熱)機械負載對組件所提出的要求要比靜態負載高許多。由于組件需進行實地安裝，附加負載可能會引起內部機械應力，而應力可能來自于電氣接頭或黏合劑，或與電池或連接器單一材料的持久性、疲勞開裂有關。此外，對于由表面刺激引起的頻率范圍在12～35Hz之間的組件振動，已通過施加交變風力的方法對其進行測試，不過會引起1.5～3.6mm的較小偏移[25]。IEEE1262提出的動態載荷測試(DML)，1440Pa壓力作用下每3s循環一次，共循環10000次。BPsolar在STC環境測試箱中測試發現，組件功率因隱裂產生的損失高達20%[2]。PIBerlin結合SML、DML和濕熱測試(672h85℃/85%RH)做出觀察，發現晶硅組件的裂紋擴展與組件的彎曲曲率關系最大，而不是循環次數。動態測試的壓強大小只有靜態測試的一半，動態測試循環10000次才與靜態測試循環3次造成的效果一樣。 動態測試的高(gao)循環次(ci)數會引(yin)起焊接連接處(chu)分離(li)或與銅線(xian)斷裂。這兩種(zhong)材(cai)料的塑性(xing)變形在(zai)塑性(xing)范圍之外，且不像晶(jing)硅材(cai)料在(zai)收到張應(ying)力(li)時易碎[25]。 電池片(pian)及組(zu)(zu)件(jian)的隱裂(lie)(lie)(lie)無法通過肉(rou)眼直接看到，需要(yao)專門的儀器進(jin)(jin)行(xing)檢(jian)測(ce)(ce)(ce)(ce)。目(mu)前(qian)探(tan)測(ce)(ce)(ce)(ce)晶體硅組(zu)(zu)件(jian)、電池片(pian)缺(que)陷(xian)(xian)的方(fang)法主(zhu)要(yao)用電致發(fa)光(guang)(EL)測(ce)(ce)(ce)(ce)試，該方(fang)法不(bu)僅可探(tan)測(ce)(ce)(ce)(ce)組(zu)(zu)件(jian)隱裂(lie)(lie)(lie)，還(huan)(huan)可探(tan)測(ce)(ce)(ce)(ce)到黑斑、黑心、裂(lie)(lie)(lie)片(pian)及焊接缺(que)陷(xian)(xian)等(deng)問題，是目(mu)前(qian)組(zu)(zu)件(jian)生(sheng)產(chan)(chan)及電站測(ce)(ce)(ce)(ce)試常用的方(fang)法。除了(le)對組(zu)(zu)件(jian)成(cheng)品進(jin)(jin)行(xing)隱裂(lie)(lie)(lie)探(tan)測(ce)(ce)(ce)(ce)，還(huan)(huan)要(yao)在(zai)硅片(pian)進(jin)(jin)入生(sheng)產(chan)(chan)線(xian)之前(qian)，對生(sheng)產(chan)(chan)線(xian)上的電池片(pian)進(jin)(jin)行(xing)嚴格檢(jian)測(ce)(ce)(ce)(ce)。為了(le)保證產(chan)(chan)品質量，隱裂(lie)(lie)(lie)探(tan)測(ce)(ce)(ce)(ce)需盡可能準確(que)地發(fa)現電池片(pian)缺(que)陷(xian)(xian)，需對細小裂(lie)(lie)(lie)紋(wen)(wen)(wen)引起警惕，因為裂(lie)(lie)(lie)紋(wen)(wen)(wen)會(hui)在(zai)各生(sheng)產(chan)(chan)環節引起不(bu)同程度的擴展(zhan)[26]。若誤(wu)把壞片(pian)(EI)漏過，在(zai)后續生(sheng)產(chan)(chan)過程中，會(hui)引起裂(lie)(lie)(lie)紋(wen)(wen)(wen)擴展(zhan)甚至導(dao)致裂(lie)(lie)(lie)片(pian)。對電池片(pian)隱裂(lie)(lie)(lie)的檢(jian)測(ce)(ce)(ce)(ce)方(fang)法，有電致發(fa)光(guang)(EL)測(ce)(ce)(ce)(ce)試、電子(zi)散斑干涉法(ESPI)、光(guang)致發(fa)光(guang)(PI)測(ce)(ce)(ce)(ce)試、超聲波共振(RUV)。 隱裂無法通過肉眼直接看到，因此需要用專門的儀器進行檢測。目前EL測試是行業內最常用的一種。 EL用來測試(shi)晶體硅太(tai)陽電(dian)(dian)(dian)池(chi)片(pian)及(ji)組(zu)件(jian)存在的(de)(de)(de)(de)裂紋(wen)。其原(yuan)理是利(li)用太(tai)陽電(dian)(dian)(dian)池(chi)外加正向偏壓，勢壘(lei)區(qu)內建電(dian)(dian)(dian)場(chang)減弱，原(yuan)載流(liu)子(zi)(zi)平(ping)衡(heng)被打(da)破(po)，發生載流(liu)子(zi)(zi)擴(kuo)散，注入(ru)大量非(fei)平(ping)衡(heng)載流(liu)子(zi)(zi)。太(tai)陽電(dian)(dian)(dian)池(chi)依靠(kao)從(cong)擴(kuo)散區(qu)注入(ru)的(de)(de)(de)(de)大量非(fei)平(ping)衡(heng)載流(liu)子(zi)(zi)不斷復合(he)發光，放出光子(zi)(zi)；利(li)用紅外檢(jian)測方法(fa)，通過(guo)(guo)CCD近(jin)紅外相機檢(jian)測電(dian)(dian)(dian)池(chi)片(pian)上的(de)(de)(de)(de)缺(que)陷(xian)[27]。EL測試(shi)的(de)(de)(de)(de)圖像(xiang)亮度(du)與電(dian)(dian)(dian)池(chi)片(pian)的(de)(de)(de)(de)少子(zi)(zi)壽(shou)命(或少子(zi)(zi)擴(kuo)散長度(du))和電(dian)(dian)(dian)流(liu)密度(du)成正比。太(tai)陽電(dian)(dian)(dian)池(chi)中(zhong)有缺(que)陷(xian)的(de)(de)(de)(de)地(di)方，少子(zi)(zi)擴(kuo)散長度(du)較(jiao)低，從(cong)而顯(xian)示(shi)出圖像(xiang)亮度(du)較(jiao)暗。通過(guo)(guo)EL測試(shi)圖像(xiang)的(de)(de)(de)(de)分析可清晰地(di)發現太(tai)陽電(dian)(dian)(dian)池(chi)及(ji)組(zu)件(jian)存在的(de)(de)(de)(de)隱性缺(que)陷(xian)，這些缺(que)陷(xian)包(bao)括：硅材料缺(que)陷(xian)、擴(kuo)散缺(que)陷(xian)、印(yin)刷缺(que)陷(xian)、燒結(jie)缺(que)陷(xian)，以及(ji)組(zu)件(jian)封裝(zhuang)過(guo)(guo)程中(zhong)的(de)(de)(de)(de)裂紋(wen)等。 4.2電子散斑干涉(she) 電(dian)子散(san)斑干涉(she)可用(yong)(yong)來快速探測(ce)電(dian)池片(pian)的(de)(de)(de)(de)隱(yin)裂(lie)紋(wen)(wen)[9]。其原理是利用(yong)(yong)加熱(re)固(gu)定邊緣的(de)(de)(de)(de)電(dian)池片(pian)時發生的(de)(de)(de)(de)熱(re)變形(xing)，測(ce)量在不同溫度下(xia)電(dian)池片(pian)應力分布(bu)變形(xing)的(de)(de)(de)(de)變化。該方法可探測(ce)EL測(ce)試探測(ce)不到的(de)(de)(de)(de)細小(xiao)裂(lie)紋(wen)(wen)。用(yong)(yong)電(dian)子散(san)斑干涉(she)法探測(ce)電(dian)池片(pian)時，檢測(ce)圖(tu)像為與樣品同心的(de)(de)(de)(de)明暗相間的(de)(de)(de)(de)條(tiao)(tiao)紋(wen)(wen)。在沒有(you)缺(que)陷的(de)(de)(de)(de)區(qu)域(yu)(yu)，產生形(xing)狀規則的(de)(de)(de)(de)干涉(she)條(tiao)(tiao)紋(wen)(wen)；有(you)缺(que)陷的(de)(de)(de)(de)區(qu)域(yu)(yu)發生熱(re)形(xing)變后，該區(qu)域(yu)(yu)的(de)(de)(de)(de)應力會重新分布(bu)，因(yin)而觀(guan)察到的(de)(de)(de)(de)條(tiao)(tiao)紋(wen)(wen)圖(tu)形(xing)與無(wu)缺(que)陷區(qu)域(yu)(yu)明顯不同，如切線方向(xiang)條(tiao)(tiao)紋(wen)(wen)不連續(xu)或(huo)同心多邊形(xing)，用(yong)(yong)CCD拍下(xia)干涉(she)圖(tu)像進行分析。因(yin)此，ESPI可用(yong)(yong)于檢測(ce)溫度梯度大(da)導致的(de)(de)(de)(de)裂(lie)紋(wen)(wen)擴展[28]。 4.3光致(zhi)發光探測隱(yin)裂(lie) 太陽電池的缺陷往往限制其光電轉換、效率和使用壽命。光致發光可快速通過少子壽命變化進行硅片檢測，其原理是利用光致發光原理獲取晶體硅的熒光照片，且具有高分辨率，用以探測硅片的粗糙面及破損情況。晶體硅吸收外界的光子，產生非平衡少數載流子，一部分載流子復合發光。用CCD相機可得到太陽電池的輻射復合分布圖像。這種光強分布反映出非平衡少數載流子的數目分布，裂痕和缺陷處表現為較低的光致發光強度[29]。相比于EL測試需要接觸樣品才能進行測試，PL測試不接觸樣品，因此可對生產多晶硅電池片中各生產過程進行監測[10]。PL圖像測試的原理是利用少子壽命的變化進行測試[30]。 目前類穩態光(guang)致發光(guang)技術(QSSPL)是有效(xiao)(xiao)分析硅(gui)片及電池(chi)片的(de)工具，對電池(chi)片氮化(hua)(hua)及磷(lin)(lin)化(hua)(hua)后(hou)、氮化(hua)(hua)未經磷(lin)(lin)化(hua)(hua)、絲網印刷等生產過程進行分析[31]。新南威爾士大學(xue)Trupk等在(zai)QSS-PL測試(shi)中利(li)用光(guang)導橋整合2cm×2cm的(de)硅(gui)探測器，810nmLED作為(wei)激發光(guang)源，用分光(guang)鏡和(he)(he)硅(gui)探測器測量相對輸出強度(du)，PL圖(tu)像(xiang)(xiang)用CCD相機捕獲[31]。PL測試(shi)的(de)好處(chu)在(zai)于成像(xiang)(xiang)像(xiang)(xiang)素高，不受少數載流子復合、DRM效(xiao)(xiao)應和(he)(he)溫度(du)變化(hua)(hua)影響[32]。 4.4超聲(sheng)波共振 RUV技術專門為在線非破壞性裂紋檢測而開發。其方法基于硅片超聲波縱向振動，將外置壓電轉換器(20～90kHz)與高靈敏超聲波探測器和計算機數據采集系統連接，裂紋硅片與同質無裂紋硅片的共振頻率響應曲線進行對比，檢測是否有偏離[34]。 有(you)裂紋(wen)(wen)(wen)的(de)晶硅片RUV測試(shi)結果顯示，裂紋(wen)(wen)(wen)的(de)RUV峰值(zhi)陡(dou)升，峰值(zhi)帶寬擴大(da)。峰值(zhi)與帶寬越大(da)，說明裂紋(wen)(wen)(wen)的(de)長度(du)越長。RUV與其他檢測方(fang)法不同之(zhi)處在(zai)于(yu)，其他檢測采用(yong)視覺觀(guan)察或(huo)光(guang)學成像方(fang)法，因此對細(xi)小裂紋(wen)(wen)(wen)檢測的(de)靈敏(min)度(du)更高(gao)。 在制(zhi)作過程(cheng)中(zhong)(zhong)，黑(hei)斑(ban)、網紋(wen)、斑(ban)點多(duo)是在電(dian)池(chi)片制(zhi)造(zao)過程(cheng)中(zhong)(zhong)或更早(zao)形成的(de)(de)，在可靠(kao)性(xing)實驗(yan)下基本穩(wen)定，不會明顯擴展、增加(jia)。而裂(lie)(lie)紋(wen)、裂(lie)(lie)片、斷柵在可靠(kao)性(xing)實驗(yan)后會擴大(da)，甚至(zhi)新(xin)增。交(jiao)叉的(de)(de)裂(lie)(lie)紋(wen)在外(wai)力或溫度的(de)(de)影響(xiang)下，較易形成裂(lie)(lie)片。對(dui)生(sheng)產過程(cheng)中(zhong)(zhong)產生(sheng)的(de)(de)隱(yin)裂(lie)(lie)進(jin)行(xing)統(tong)(tong)計分析，對(dui)各環節進(jin)行(xing)系統(tong)(tong)對(dui)比研究，除電(dian)池(chi)片本身厚度較薄及面積越來越大(da)的(de)(de)行(xing)業發展趨(qu)勢外(wai)，生(sheng)產中(zhong)(zhong)電(dian)池(chi)片的(de)(de)焊接、層壓、搬(ban)運、抖動、反轉及包裝(zhuang)運輸等，均存在較強(qiang)的(de)(de)隱(yin)裂(lie)(lie)風險。 隨著光伏產業制造的硅片越來越薄、越來越大，硅片出現了高破損率的問題[35]。一般用于生產硅片的方法主要有切割法和生長帶硅法。硅片裂紋的出現主要在處理和傳送時發生。用晶片位移測量與有限元分析，可研究晶片在處理和傳送過程中的破裂分析。 受處(chu)理和傳送(song)時夾子和橡膠圈對硅(gui)片(pian)產生的拉應(ying)力(li)，硅(gui)片(pian)易破裂(lie)(lie)。晶片(pian)在處(chu)理過程中收到的斷(duan)裂(lie)(lie)應(ying)力(li)與裂(lie)(lie)紋長度的開方成反比。裂(lie)(lie)紋擴展主要受拉應(ying)力(li)大(da)小、裂(lie)(lie)紋的形狀(zhuang)和大(da)小，以及材料的斷(duan)裂(lie)(lie)韌性Kc[36]因素的影(ying)響。 5.2絲網印刷(shua)、燒結 絲網印刷過程中印刷過厚，刮刀由于安裝不當或壓力過大，增大電池片機械負載，導致產生隱裂甚至是裂片。 另外，在(zai)絲網印刷過程中(zhong)，燒結時的(de)溫度極高，導致在(zai)冷卻(que)時彈性應力增(zeng)大而產生(sheng)彎曲。由于(yu)硅(gui)(gui)(gui)和(he)Al背(bei)板的(de)熱膨(peng)脹系數不同，電(dian)池片(pian)彎曲是生(sheng)產過程中(zhong)存(cun)在(zai)的(de)普遍問題。電(dian)池片(pian)持續(xu)彎曲會造成隱裂(lie)擴(kuo)展(zhan)，不管(guan)是多晶硅(gui)(gui)(gui)還是單晶硅(gui)(gui)(gui)電(dian)池片(pian)，裂(lie)紋(wen)在(zai)深度方(fang)向上擴(kuo)展(zhan)到硅(gui)(gui)(gui)層和(he)鋁(lv)背(bei)板的(de)接觸面終止，因(yin)為Al-Si共熔層有較高的(de)斷裂(lie)韌性[14]。 5.3焊接 隨著(zhu)硅片厚(hou)度不斷(duan)減薄(bo)和電池(chi)面積不斷(duan)增大的(de)(de)(de)趨勢，焊接(jie)過(guo)程造成的(de)(de)(de)電池(chi)碎片或隱(yin)裂(lie)(lie)是影響(xiang)組(zu)件可(ke)靠性的(de)(de)(de)主要(yao)因素。焊接(jie)過(guo)程中(zhong)，除了電池(chi)片本(ben)身的(de)(de)(de)質(zhi)量因素外，影響(xiang)焊接(jie)效(xiao)果的(de)(de)(de)主要(yao)因素有：焊接(jie)溫(wen)度、助焊劑(ji)的(de)(de)(de)選擇、焊帶焊料(liao)的(de)(de)(de)選擇、操作者(zhe)的(de)(de)(de)操作規范等，一定的(de)(de)(de)助焊劑(ji)和焊料(liao)都對應著(zhu)相適(shi)應的(de)(de)(de)最優焊接(jie)溫(wen)度。另外，在(zai)IEC61215中(zhong)10.11的(de)(de)(de)熱(re)循環測試(shi)中(zhong)，焊帶會因為(wei)本(ben)身的(de)(de)(de)熱(re)學膨脹系(xi)數出現變形，從而導致疲勞裂(lie)(lie)紋(wen)。 5.3.1焊接溫度 在單(dan)焊(han)(han)和串焊(han)(han)中，焊(han)(han)接(jie)(jie)(jie)的(de)(de)溫(wen)(wen)度直接(jie)(jie)(jie)影響(xiang)光伏組件的(de)(de)焊(han)(han)接(jie)(jie)(jie)質(zhi)量。電(dian)池(chi)(chi)片放置在焊(han)(han)接(jie)(jie)(jie)面(mian)板上操(cao)作(zuo)(zuo)，焊(han)(han)接(jie)(jie)(jie)面(mian)板一般(ban)維持在約50℃，起傳熱(re)和使(shi)電(dian)池(chi)(chi)片受熱(re)均勻的(de)(de)作(zuo)(zuo)用，避(bi)免局部受熱(re)。焊(han)(han)接(jie)(jie)(jie)過程中，由于烙鐵溫(wen)(wen)度較高，對電(dian)池(chi)(chi)片形(xing)(xing)成一定溫(wen)(wen)差，有熱(re)的(de)(de)沖(chong)擊。如果焊(han)(han)接(jie)(jie)(jie)溫(wen)(wen)度偏低，一方面(mian)焊(han)(han)面(mian)上氧化(hua)層不易除去，形(xing)(xing)成虛焊(han)(han)；焊(han)(han)接(jie)(jie)(jie)溫(wen)(wen)度偏高，又會(hui)使(shi)電(dian)池(chi)(chi)片由于熱(re)應(ying)力而產生(sheng)變形(xing)(xing)，導致隱裂和碎片的(de)(de)產生(sheng)。 5.3.2助焊劑 在晶體硅太陽(yang)電池焊(han)(han)接(jie)(jie)(jie)(jie)(jie)過程中(zhong)，助(zhu)焊(han)(han)劑(ji)(ji)的(de)使(shi)用(yong)(yong)影響(xiang)到(dao)(dao)焊(han)(han)接(jie)(jie)(jie)(jie)(jie)的(de)質量，而且直接(jie)(jie)(jie)(jie)(jie)影響(xiang)到(dao)(dao)后(hou)續層(ceng)壓工藝(yi)的(de)效果。在整個焊(han)(han)接(jie)(jie)(jie)(jie)(jie)過程中(zhong)，助(zhu)焊(han)(han)劑(ji)(ji)主要(yao)起(qi)到(dao)(dao)以下(xia)幾個作(zuo)用(yong)(yong)：助(zhu)焊(han)(han)劑(ji)(ji)通(tong)過自身(shen)的(de)活性(xing)(xing)物質在高(gao)溫下(xia)作(zuo)用(yong)(yong)，去除焊(han)(han)接(jie)(jie)(jie)(jie)(jie)材質表(biao)面(mian)的(de)氧(yang)(yang)化層(ceng)，同(tong)時(shi)使(shi)錫液及(ji)被焊(han)(han)材質之間的(de)表(biao)面(mian)張力(li)減小，增強錫液流(liu)動(dong)和浸潤的(de)性(xing)(xing)能；同(tong)時(shi)通(tong)過助(zhu)焊(han)(han)劑(ji)(ji)本身(shen)在基體中(zhong)移動(dong)，將(jiang)熱傳遞到(dao)(dao)基體，并(bing)且有(you)時(shi)還能保護被焊(han)(han)材質在焊(han)(han)接(jie)(jie)(jie)(jie)(jie)完成前不再氧(yang)(yang)化。其(qi)中(zhong)最主要(yao)的(de)是去除氧(yang)(yang)化物和降低被焊(han)(han)接(jie)(jie)(jie)(jie)(jie)材質表(biao)面(mian)張力(li)。若助(zhu)焊(han)(han)劑(ji)(ji)不能有(you)效降低材質表(biao)面(mian)張力(li)，易導致隱裂出現[37]。 而對于(yu)焊(han)接(jie)完好(hao)的(de)(de)組件，在(zai)熱循環測試中同樣會遇到隱(yin)裂產生的(de)(de)問題(ti)。也(ye)就(jiu)是說，EL測試并不(bu)(bu)能看(kan)出一(yi)些潛在(zai)的(de)(de)隱(yin)裂紋(wen)。在(zai)熱循環測試中，在(zai)銅和銀之間的(de)(de)焊(han)接(jie)處物(62Sn36Pb2Ag)由于(yu)熱膨脹(zhang)系數(shu)與(yu)硅片不(bu)(bu)匹(pi)配(pei)，在(zai)溫度變(bian)化(hua)差異較大(da)的(de)(de)情況下，在(zai)銀電(dian)極與(yu)焊(han)接(jie)處出現疲勞裂紋(wen)，增加組件的(de)(de)串聯電(dian)阻(zu)，導致整個組件的(de)(de)功率衰減(jian)。觀察SEM圖像焊(han)接(jie)處的(de)(de)橫截面，可看(kan)到溫度變(bian)化(hua)差異越(yue)大(da)，產生的(de)(de)裂紋(wen)越(yue)嚴重[38]。 5.4層(ceng)壓 層壓工藝主要是針對用來封裝光伏組件的透明膠體的特性設計的，其主要目的是使EVA實現最優程度的固化，并防止移位和氣泡的產生，使各層物質嚴密的壓合在一起。在傳統的真空層壓過程中，電池要承受1個標準大氣壓的壓力(即101kPa)。太陽電池層壓板各區域變形情況存在極大差異性，一般層壓造成的裂紋電池組件占總實驗比例的0.9%[39]。 層壓的(de)厚(hou)度與應力有一(yi)定關(guan)系，層壓的(de)EVA越厚(hou)，可(ke)減少層壓的(de)卷曲(qu)。層壓的(de)溫(wen)度也會影響受(shou)到(dao)的(de)應力，高溫(wen)下玻璃和硅片之(zhi)間(jian)的(de)薄層受(shou)到(dao)的(de)應力減小。層壓后，由于硅、金(jin)屬(shu)粘合劑和銅的(de)CTE不同(tong)，連接處會收(shou)到(dao)較大應力，此處易產生(sheng)裂紋[15]。 5.5搬運(yun)中(zhong)造成的隱裂(lie) 通過(guo)隱(yin)(yin)裂統(tong)計，發現在(zai)生產過(guo)程中(zhong)應避免搬(ban)運(yun)和抖(dou)動，以減少玻璃自重(zhong)引起的(de)形(xing)變，對減少組(zu)(zu)(zu)件(jian)(jian)隱(yin)(yin)裂有至(zhi)關重(zhong)要(yao)的(de)影響。當(dang)人工搬(ban)運(yun)層壓后的(de)組(zu)(zu)(zu)件(jian)(jian)到冷(leng)卻臺時(shi)，組(zu)(zu)(zu)件(jian)(jian)產生彎(wan)曲，中(zhong)間部(bu)(bu)位受重(zhong)力作用向下彎(wan)曲。在(zai)水平方向搬(ban)運(yun)過(guo)程中(zhong)，組(zu)(zu)(zu)件(jian)(jian)上、下抖(dou)動的(de)幅(fu)度(du)較(jiao)大(da)，且(qie)規格越大(da)的(de)組(zu)(zu)(zu)件(jian)(jian)，彎(wan)曲程度(du)越厲害。這種情況下，位于組(zu)(zu)(zu)件(jian)(jian)中(zhong)間部(bu)(bu)位的(de)電池片彎(wan)曲的(de)幅(fu)度(du)較(jiao)嚴重(zhong)，易引起隱(yin)(yin)裂。 5.6后清洗和測試過程產(chan)生的隱裂 在(zai)清洗(xi)和(he)測試環(huan)節，組(zu)件(jian)(jian)存(cun)在(zai)被反(fan)(fan)轉的步驟。在(zai)反(fan)(fan)轉過程中，組(zu)件(jian)(jian)有振動現象(xiang)，可能引起電池片(pian)與組(zu)件(jian)(jian)共振，從而導致電池片(pian)隱裂[40]。 6.1生產(chan)階(jie)段(duan)中的控制手段(duan) 6.1.1層壓 可伸縮的硅膠板將層壓機殼體隔開而形成上室和下室，層壓盤內部有加熱裝置，熱量通過層壓盤傳遞給組件。層壓機的作用就是在真空條件下對EVA進行加熱加壓，實現對EVA的固化，達到對太陽電池密封的目的。為防止隱裂產生，將層壓工藝改為分段式層壓，降低組件的受力強度，可提高組件的合格率。需優化層壓溫度、抽真空時間、加壓大小，以及層壓時間。加壓的強度不能太大，否則會導致電池片被壓碎；而加壓太小會使EVA固化后的緊密度影響很小，無法去除殘存氣泡，EVA與背板、EVA與玻璃之間的粘合力較小。調整加壓時機可避免壓力突變對電池的沖擊影響，分布進行壓力釋放，太陽電池裂紋的比例由0.9％降到0.3％[39]。 6.1.2層壓后的組件搬運方法 將層壓(ya)件(jian)從層壓(ya)機(ji)抬出的(de)過程(cheng)(cheng)中，受力點(dian)應(ying)在兩個長邊上(shang)，減(jian)少(shao)組(zu)件(jian)彎(wan)曲的(de)幅度(du)；同時(shi)對(dui)于(yu)未打框(kuang)組(zu)件(jian)短(duan)距(ju)離的(de)搬運(yun)，不(bu)能以(yi)水平(ping)方(fang)向(xiang)進行搬運(yun)，必(bi)須把組(zu)件(jian)豎起；在翻(fan)轉過程(cheng)(cheng)中，組(zu)件(jian)平(ping)穩置于(yu)操作(zuo)臺上(shang)。由(you)于(yu)組(zu)件(jian)規格越來(lai)越大(da)，可考慮在組(zu)件(jian)背(bei)面的(de)中間(jian)位置加橫檔來(lai)增加載(zai)荷強度(du)，以(yi)減(jian)少(shao)大(da)面積組(zu)件(jian)中間(jian)區(qu)域的(de)形(xing)變[40]。 6.2運輸(shu)中的控制手段 為了減(jian)少電(dian)池片(pian)(pian)隱裂現(xian)象的發生，在電(dian)池片(pian)(pian)運輸、傳遞過(guo)程中應(ying)注意避免不當的外力(li)介入，也應(ying)注意儲(chu)存環境溫度變化(hua)較大(da)的地區的使(shi)用(yong)。
在(zai)進(jin)(jin)行(xing)(xing)IEC批(pi)準型測(ce)(ce)試(shi)時，從10塊組(zu)(zu)件中選取1塊，在(zai)實際(ji)安裝條件下對其進(jin)(jin)行(xing)(xing)ML測(ce)(ce)試(shi)(IEC61215中10.16)。“該測(ce)(ce)試(shi)的(de)(de)目的(de)(de)是評(ping)估(gu)組(zu)(zu)件對風、雪、靜負載或冰雪負載的(de)(de)抵(di)抗能力”——這意(yi)味著總強度(du)為2400Pa(或5400Pa)的(de)(de)外部環境(jing)機械(xie)(xie)應力垂(chui)直施加到(dao)組(zu)(zu)件表面上。目前，機械(xie)(xie)載荷測(ce)(ce)試(shi)是唯一(yi)能檢測(ce)(ce)組(zu)(zu)件抵(di)抗風、雪能力的(de)(de)測(ce)(ce)試(shi)程序，測(ce)(ce)試(shi)時，利(li)用機械(xie)(xie)力產生張力或壓(ya)力來(lai)進(jin)(jin)行(xing)(xing)模(mo)擬。
3.1靜態載荷測試
3.2動(dong)態載(zai)荷測試
4.1EL測試(shi)
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