面對日益嚴重的生態環境和傳統能源短缺等危機，光伏組件制造行業迅猛發展，光伏組件質量控制環節中測試手段的不斷增強，原來的外觀和電性能測試已經遠遠不能滿足行業的需求。目前一種可以測試晶體硅太陽電池及組件潛在缺陷的方法為行業內廣泛采用，文章基于電致發光(Electroluminescence)的理論，介紹利用近紅外檢測方法，可以檢測出晶體硅太陽電池及組件中常見的隱性缺陷。主要包括：隱裂、黑心片、花片、斷柵、短路等組件缺陷，同時結合組件測試過程中發現的缺陷對造成的原因加以分析總結。

1、概述

隨著社會對綠色清潔能源的需求量急劇飆升，我國的組件生產量將進一步擴大，2010年中國太陽能電池產量達10673MW，占世界總額的44.7%，位居世界前列。缺陷檢測是太陽電池組件生產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，在生產過程中容易受到損傷，產生虛焊、隱裂、斷柵等問題，這些問題對電池的轉換效率和使用壽命有著嚴重的影響，嚴重時將危害組件甚至光伏發電系統的穩定性。為了提高組件的效率及合格率，并能夠針對各生產環節中產生的缺陷情況及時調整維護生產設備，需配備大量的在線缺陷檢測設備。電致發光(EL)檢測由于其質量高、成本低、且能快速、準確識別出組件電池單元常見缺陷等特點，在組件封裝生產環節中得到了廣泛應用，該檢測應用對整個光伏產業具有深刻意義和重大價值。

2、電致發光（EL）測試原理

在太陽能電池中，少子的擴散長度遠遠大于勢壘寬度，因此電子和空穴通過勢壘區時因復合而消失的幾率很小，繼續向擴散區擴散。在正向偏壓下，p-n結勢壘區和擴散區注入了少數載流子。這些非平衡少數載流子不斷與多數載流子復合而發光，這就是太陽電池電致發光的基本原理。

太陽能電池電致發光(Electroluminescence)測試，又稱場致發光測試，簡稱EL測試。其原理是，通過對晶體硅太陽能電池外加正向偏壓，模擬實際使用中太陽光照射在電池組件上產生的等效直流電流，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，作用于擴散結兩邊，電能把處于基態的原子進行激發，使其處于激發態，由于處于激發態的原子不穩定，進行自發輻射，這樣，電致發光依靠從擴散區注入的大量非平衡載流子不斷地復合發光，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輻射中本征躍遷的情況，利用CCD相機捕捉到這些光子，利用少子壽命、密度與光強間的關系，即太陽能電池的電致發光亮度正比于少子擴散長度，正比于電流密度，再通過計算機處理后顯示出來，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相機捕捉到，這就要求整個組件發光只有在暗箱狀態下才能被相機捕捉，因而，整個EL測試過程是在一個不會被外光干擾的暗箱中進行的，只有這樣可以準確地判別電池片或組件是否存在缺陷，否則將會對產品的性能產生重大影響。

3、晶體硅組件缺陷分類及常見缺陷分析

在日常來料檢驗過程中，通過對電池組件的EL測試，能夠合理有效控制由于工藝參數設置不當和人為因素引起的組件不良缺陷。大多數組件缺陷都是由于電池片及組件的生產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、燒結缺陷、短路黑片、非短路黑片、網格片、過焊片、明暗片、局部斷路片、位錯、層錯、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、原因形成等方面進行缺陷分析。

3.1、隱裂（裂紋片、破片）

(1)產生原因：電池片在生產制造過程中，由于在焊接或搬運過程中受到外力作用造成;電池片在低溫下沒有經過預熱在短時間內突然受到高溫后出現膨脹造成隱裂現象。(2)成像特點：由于單晶硅的解離面具有一定的規則，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“x”狀圖形;多晶硅電池片由于晶界的影響有時很難區分是多晶硅的晶界還是電池片中的隱裂紋。裂紋片的成像特點是裂紋在EL測試下產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，長時間運行會造成組件功率衰減;經過一段時間積累后，組件會出現熱斑現象，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)