红外热像仪检测太阳能电池综合缺陷
仪器设备：NEC H2640
一、背景应用
石油、天然气、煤炭等矿产资源随着社会经济的发展变得越来越稀缺。与此同时产生的
粉尘、CO2、SO2 对环境、大气造成严重的破坏。因而寻找新的洁净能源改善现有能源架构就非常重要和紧迫了。
图1
调查研究表明，地球上每年蕴含的太阳能、地热能、风能、潮汐能、水能分别如下图所示。人类都已经开始开发应用。
图2
从蕴能的角度看，太阳能无异是最丰富，最易开发利用的资源。太阳能热水器已经广泛
的应用到地球回归线以内的广大地区，而太阳能发电也正蓬勃的发展起来，有利于解决地球能源不足和温室效应的问题。但是太阳能发电也存在转换效率低，生产成本高，生产工艺复杂等诸多因素困扰。今天我们就是要针对太阳能电池片和组件综合缺陷检测给出红外检测方案。
二、太阳能电池系统生产及检测
太阳能电池生产过程如下图所示，在组装环节，我们使用电池片PV Cell 焊接、层压成
为组件Modules。
图3
在出厂前需要进行电池组件缺陷进行测试，现在主要使用的方法有1、电池板电性能测
试；2、EL 隐裂可视化检测；3、层压后红外检测。我们主要介绍红外检测电池板综合缺陷。当太阳能电池板通反向电流时，电池板会发热，电池板缺陷部分阻抗比较大，所以发热量也大，我们就是通过红外热像仪观察电池板的热区和冷区来。通常情况下正常区域面积较大，过热区域是太阳能电池板的缺陷所在，过冷区域是太阳能电池板的短路区域。因而过热和过冷都是有问题的。
三、案例应用
下面以太阳能电池组件综合缺陷红外热成像检测为例进行说明，检测在暗房内进行，以避免太阳光的干扰。首先选择有电性能缺陷的单片电池片做实验，单片电池片表面为硅材料，没有层压玻璃薄膜。使用恒流电流源对电池片接通反向1A 电流，电池片逐渐升温，其中缺陷部位升温较快，当电池片的整体温度达到40℃时，缺陷部位的温度已经达到60℃左右。如图4 所示，电池片右上方区域存在过热区域。
图4
在对几组电池片完成实验后我们将恒流电流源反向接通到太阳能电池组件上，电流大小
9A。从红外热像仪观察，组件升温缓慢，但是仍然出现了热区和冷区，出现缺陷的位置与客户划定的缺陷区域吻合。下图5 是组件的检测。电池组件存在过热和过冷区域，该电池存在缺陷并有部分短路。
图 5
实验设备：
1、日本NEC 公司H2640 红外热像仪
主要技术参数：
640*480 像素
0.03℃温度分辨率
0.6mrad 空间分辨率
2、某光伏制造商缺陷电池片和电池组件
四、结论
1、太阳能电池片、电池组件在电性能不达标的情况下，可以使用红外热像仪检测其缺陷区域。具体缺陷内容需要另外方法判别。
2、长波红外热像仪适用于电池片检测，也可用于组件检测，但是效果不会很理想，因为薄膜和玻璃对红外的吸收比较强。后续考虑使用短波红外进行电池组件检测。
组件测试仪（太阳能模拟器）检测原理 太阳能电池组件测试仪是太阳能光伏组件产线生产设备的一个不可缺少的设备之一。不管是要搭建多少瓦的太阳能组件产线，都需要用到太阳能电池片——激光划片机——电池分选仪——组件测试仪——缺陷检测仪——层压机等设备的辅助。 组件测试仪工作原理：使用氙灯模拟真实的太阳光谱，加滤波片使光谱能达到AM1.5G的要求。测试时，氙灯灯头闪烁，待测的光伏组件经过光的照射，产生电流及电压，通过电子负载采集组件的相关信息（包括短路电流、开路电压、最大功率时的电流、最大功率时的电压、填充因子、转换效率、串联电阻、最大功率等）。在经由参考电池片及软件修正到国。简单来说它是一种高可靠性、高精度的太阳能电池测试专用设备。采用大功率、长寿命的进口脉冲氙灯作为模拟器光源，进口超高精度四通道同步数据采集卡进行测试数据采集，专业的超线性电子负载保证测试结果精确。适合于太阳能光伏组件生产厂家用作太阳能电池的分选及分析检测。 太阳能组件测试仪的主要检测指标： 最大可测组件电池尺寸：1200mm*2000mm 光源：高能脉冲氙灯 光强可调范围：70—120W/C㎡ 光管寿命：≥300000次 光均匀度：±3％ 测量范围和精度：电压0~5 V ±0.1％ 0~30V ±0.1％ 0~60V ±0.1％ 电流0~2A ±0.1％
0~20A ±0.1％ 电源要求：220V/50Hz/2KW 重量：400Kg 外形尺寸：850mm*1500mm*2460mm 四线制测试原理在大组件太阳电池的测量过程中，为了消除引线电阻对测试的影响，被测太阳电池通过开尔文四线制方法连接到测试电路。实验证明四线制测量可以大大减少引线压降对测试结果的影响‘141，测量原理如图2．9所示，设图中的电压表和电流表均为理想表，即电压表的内阻无穷大，电流表的内阻为零，Rl、R2、R3和心分别是电信号传输通道中的各种电阻(如导线电阻，接触电阻等) 之和。 四线制测量的主要原理就是分别用电流线和电压线来传输电流信号和电压信号。因为电压表的内阻是无穷大，所以可以认为电压线上没有电流流过，即R3、凡上的压降为零，这样电压表上的读数就是太阳电池的端电压U咖。又因为Rl、R2和太阳电池与电流表串联，所以电流表的读数就是流过太阳电池的输出电流I。这样就消除了由于引线电阻和接触电阻带来的系统误差。从图2．9
太阳能EL检测仪是如何实现电池片缺陷检测的？ EL检测仪，又称场致发光测试，是跟据硅材料的电致发光原理对组件进行缺陷检测及生产工艺监控的专用测试设备。利用红外测试方式对电池片组件进行测试，达到EL成像模式，从而可以查看是否有电池片组件内部有电池片破裂、隐裂、黑心片、烧结断栅严重、虚焊、脱焊等情况再进入下道工序，因为通电发的光与PN结中离子浓度有很大的关系，也因此可以根据EL的电脑反映出来的图像来判断硅片内部的是否异常。从而保证太阳能电池组件的质量。 然而硅片是太阳能电池片的载体，硅片质量的好坏直接决定了太阳能电池片转换效率的高低以及电池组件发电效率。太阳能电池片的是否有缺陷需要通过EL缺陷检测仪来判断，这样一道检测和分选的工序可以大大减少市面上不良太阳能电池片的流通和销售，从而较小层面的降低组件功率受损。因此对太阳能电池硅片质量检测在生产和实验中显得尤为重要。 我们日常所能用得到的太阳能电池硅片有单晶硅片和多晶硅片，硅片在生产过程中由于制作条件的随机性，生产出来的电池性能不尽相同或多或少地存在一些缺陷。多晶硅片常见的缺陷有边缘不纯、位错缺陷，单晶硅片常见的缺陷有漩涡缺陷。硅片缺陷的存在会极大地降低电池片的发电效率，减少电池组件的使用寿命，甚至影响光伏发电系统的稳定性。为了有效的将性能一致或相近的电池组合在一起，所以应根据其性能参数进行分类；电池测试即通过测试电池的输出参数（电流和电压）的大小对其进行分类。以提高电池的利用率，从而生产出质量合格的电池组件。 日常实验和应用中，我们较常用的电池硅片缺陷检测就是采用EL缺陷检测仪。EL缺陷检测仪通过1-1.5倍Isc的电流后硅片会发出1000-1100nm的红外光对太阳能电池硅片进行缺陷检测，那么太阳能电池硅片会有哪几种缺陷情况存在呢？跟着小编一起往下看： 缺陷种类一：黑心片 通过EL照片反映出的黑心片主要形成原因是该区域没有1150红外光发出，故导致红外相片中反映出黑心片的效果图。这种黑心片的形成是由于其中心部位的电阻率偏高。和它硅衬底少数载流子浓度有关。 缺陷种类二：黑团片 在生产过程中，由于硅片厂家一再在强调缩短晶体定向凝固时间，熔体潜热释放与热场温度梯度失配，晶体生长速率加快，过大的热应力导致硅片内部位错缺陷。 缺陷种类三：短路黑片（非短路黑片） 组件单串焊接过程中造成的短路；组件层压前，混入了低效电池片造成的后果形成的短路黑片；而边缘发亮的黑片我们称之为非短路黑片，它主要是由于硅片使用上错用N型片，造成PN结反，短路的电池片不能对外提供功率，输出功率和IV测试曲线也随之降低。造成整个组件功率和填充因子受影响。 缺陷种类四：断栅片
硅片缺陷自动检测仪 中科院上海光机所研制成功“硅片缺陷自动检测仪”样机（图1），灵敏度优于180纳米（图2），检测速度30片/小时（8英寸硅片），拥有6项专利（3项发明），具有自主知识产权。该类型设备市场非常大，目前我国完全依赖进口，单台价格达千万元人民币以上。该样机研制成功，对于改变我国IC专用检测设备长期依赖进口局面、研制和开发国产化设备取得重要进展。该技术还可用于检测卫星用太阳能电池帆板碎片(图3)以及光学元件表面疵病。 An Automated Wafer Defects Detection System An automated wafer defects detection system has been developed in Shanghai Institute of Optics and Fine Mechanics, CAS. The photograph of this detector is shown in figure 1. The apparatus can detect defects of size of 180nm on wafer surface, with velocity of 30 pieces per hour for 8 inch wafer. The oscilloscope signal is shown in figure 2. This type of detecting apparatus will have large demand in China in future. It entirely depends on importing now and its unit price outvalues ten millions yuan. Therefore, the successful development of this detecting apparatus (having 6 Chinese patents) is very important to change the situation of depending on importing and manufacture home-made products. This detecting technology can also be used to detect flaws on surfaces of solar cell array and large-caliber optical elements. The oscilloscope signal of detecting solar cell array is shown in figure 3.
国际标准IEC61427 第2版 2005.5 光伏太阳能系统（PVES） 储能二次电池和电池组 ―――一般要求和试验方法
目录前言 1．适用范围 2．标准性参考文献 3．术语和定义 4．使用条件 4．1光伏能源系统 4．2二次电池和电池组 4．3通用运行条件 5．一般要求 5．1机械耐受性 5．2充电效率 5.3深放电保护 5．4标记 5．5安全 5．6文件 6．功能特性 7．通用试验条件 7．1测量仪表精度 7．2测试样品的准备和维护 8．试验方法 8．1容量实验 8．2循环耐久试验 8．3荷电保持试验 8．4光伏用途循环耐久试验（极端条件）9．试验的推荐采用 9．1型式试验 9．2验收试验
前言 1）国际电工技术委员会（International Electrotechnical Commission――IEC）是一个全球性的、包括所有国家的电工技术委员会（IEC国家委员会）的标准化组织。 IEC的目的是推进所有电气和电子领域有关标准化方面的国际合作。为此目的，除了其它的活动之外，IEC出版国际标准、技术规范、技术报告、公开可获得的规范和指导（下称IEC出版物）。出版物的准备都是委托各技术委员会进行；任何IEC 国家委员会对于所涉及的出版物感兴趣都可以参加准备工作。在出版物的准备过程中，与IEC有联系的国际的、政府的和非政府组织也可以参加。IEC与国际标准化组织（International Organization for Standardization---ISO）按照两个组织一致同意的条件密切合作。 2）IEC对于技术问题所作出的结论和决议都尽可能地代表了相关问题国际上的一致意见，因为每一个技术委员会都有来自所有感兴趣的IEC国家委员会的代表。 3）IEC出版物的形式为国际上推荐采用，而且在这个意义上也已被IEC各国家委员会所接受。尽管已经尽力做到IEC出版物的技术内容准确无误，但IEC不能对其使用的方式或最终用户的误解负责。 4）为了促进国际上的一致性，所有IEC国家委员会都承诺在其国家的或地区的出版物中尽最大可能的明确使用IEC出版物。IEC出版物和国家的或地区的出版物之间的任何差异都需要在后者的出版物中予以明确标明。 5）IEC不提供其认可的程序，也不对任何声称符合IEC出版物的设备负责。 6）所有用户都应确保他们所持有的是最新版本。 7）对于由于使用或信任本出版物或其它IEC出版物所导致的任何人身伤害、财产损失或其它任何性质的损害――不论是直接的还是间接地――或者其它的费用（包括法律费用）和开销，都与IEC或其经理、雇员、服务人员或代理――包括个体的专家和技术委员会以及IEC国家委员会的委员无关。 8）注意该出版物引用的参见标准。对于正确使用本出版物，使用这些参见出版物是必须的。 9）注意本出版物的某些内容可能是专利权的标的。IEC没有责任标明任何或所有这些专利权。 IEC61427标准由IEC21技术委员会――二次电池和电池组――准备。 该第2版取代了1999年公布的第一版。该版本包括了一些技术方面的修改。 第二版在该文件第一版本的基础上重新组织，在使用条件、一般要求、功能特性、通用试验条件、试验方法以及试验的推荐采用等方面更加清晰，目的是让最终用户更容易理解。试验方法在两种不同的技术――铅酸和镍镉――方面都给予了详细清楚地解释。 该标准的内容以下述文件为基础： 关于该标准的批准投票详细情况可以在上表中示出的投票报告中去查找。 该出版物的起草根据ISO/IEC Directive Part2进行。
太阳能光伏组件制造技术习题答案 习题1 1.画图说明太阳能电池的工作原理。 答：PN结光生伏特效应示意图如图1-8所示，其工作原理如下：当太阳光照射到半导体表面时，半导体内部N区和P区中原子的价电子受到太阳光子的冲击，通过光辐射获取到超过禁带宽度E g的能量，脱离共价键的束缚从价带激发到导带，由此在半导体材料内部产生出很多处于非平衡状态的电子—空穴对。这些被光激发的电子和空穴，或自由碰撞，或在半导体中复合恢复到平衡状态。其中复合过程对外不呈现导电作用，属于光伏电池能量自身损耗部分。光生电子-空穴对在耗尽区产生后，立即被内建电场分离，光生电子被推向N 区，光生空穴被推向P区。因此，在P区有过剩的空穴，在N区有过剩的电子，如此便在PN结两侧形成了正负电荷的积累，产生与势垒电场方向相反的光生电动势，也就是光生伏特效应。将半导体做成太阳能电池并外接负载后，光电流从P区经负载流至N区，负载即得到功率输出，太阳能便变成了电能。 2.画出太阳能电池的等效电路图，说明各等效参数的含义。 答：图中I ph为光生电流，此值正比于太阳能电池的面积和入射光的辐照度。I D为暗电流，是太阳能电池在无光照时，由于外电压作用下PN结内流过的单向电流，其方向与光生电流方向相反，会抵消部分光生电流。I L为太阳能电池输出的负载电流。U OC为电池的开路电压，与入射光辐照度的对数成正比，与环境温度成反比，与电池面积的大小无关。R s和R sh均为硅太阳能电池本身固有电阻，相当于电池的内阻。 3.太阳能电池、太阳能光伏组件的分类如何？
答： 太能能光伏组件有以下几种不同的分类。 （1）按照基体材料分类 可分为晶硅太阳能光伏组件（单、多晶硅）、非晶硅薄膜太阳能光伏组件、微晶硅薄膜太阳能光伏组件、纳晶硅薄膜太阳能光伏组件、多元化合物太阳能光伏组件（包括砷化镓、硫化镉电池、碲化镉电池、铜硒铟等）。 （2）按照结构分类 可分为同质结太阳能光伏组件（在相同的半导体材料上构成PN结）、异质结太阳能光伏组件（在不相同的半导体材料上构成PN结）、肖特基结太阳能光伏组件、复合结太阳能光伏组件、液结太阳能光伏组件等。 （3）按照用途分类 可分为空间太阳能光伏组件、地面太阳能光伏组件。 （4）按使用状态分类 可分为平板太阳能光伏组件、聚光太阳能光伏组件。 （5）按封装材料分类 可分为刚性封装太阳能光伏组件、半刚性封装太阳能光伏组件、柔性衬底封装太阳能光伏组件。 4.画图说明太阳能电池片的外形结构。 答：电池片的结构如图1-17所示。正面是电池的负极，上面有细栅线、主栅线和减反射膜；背面是电池的正极，有铝背场和背电极等。 5.太阳能光伏组件的结构如何？ 答：大多数晶体硅太阳能光伏组件是由透明的前表面、胶质密封材料、太阳能电池片、接线盒、端子、背表面和框架等组成。 6.简述太阳能电池、太阳能光伏组件的制作工艺过程。 答：太阳能电池片的生产工艺流程分为硅片检测、表面制绒、扩散制结、等离子体刻边、去磷硅玻璃、镀减反射膜、丝网印刷、快速烧结等。 太阳能光伏组件的制作工序主要有：电池片的分选、单片焊接、串联焊接、组件叠层、
红外热像仪检测太阳能电池综合缺陷 仪器设备：NEC H2640 一、背景应用 石油、天然气、煤炭等矿产资源随着社会经济的发展变得越来越稀缺。与此同时产生的 粉尘、CO2、SO2 对环境、大气造成严重的破坏。因而寻找新的洁净能源改善现有能源架构就非常重要和紧迫了。 图1 调查研究表明，地球上每年蕴含的太阳能、地热能、风能、潮汐能、水能分别如下图所示。人类都已经开始开发应用。 图2 从蕴能的角度看，太阳能无异是最丰富，最易开发利用的资源。太阳能热水器已经广泛 的应用到地球回归线以内的广大地区，而太阳能发电也正蓬勃的发展起来，有利于解决地球能源不足和温室效应的问题。但是太阳能发电也存在转换效率低，生产成本高，生产工艺复杂等诸多因素困扰。今天我们就是要针对太阳能电池片和组件综合缺陷检测给出红外检测方案。 二、太阳能电池系统生产及检测 太阳能电池生产过程如下图所示，在组装环节，我们使用电池片PV Cell 焊接、层压成 为组件Modules。
图3 在出厂前需要进行电池组件缺陷进行测试，现在主要使用的方法有1、电池板电性能测 试；2、EL 隐裂可视化检测；3、层压后红外检测。我们主要介绍红外检测电池板综合缺陷。当太阳能电池板通反向电流时，电池板会发热，电池板缺陷部分阻抗比较大，所以发热量也大，我们就是通过红外热像仪观察电池板的热区和冷区来。通常情况下正常区域面积较大，过热区域是太阳能电池板的缺陷所在，过冷区域是太阳能电池板的短路区域。因而过热和过冷都是有问题的。 三、案例应用 下面以太阳能电池组件综合缺陷红外热成像检测为例进行说明，检测在暗房内进行，以避免太阳光的干扰。首先选择有电性能缺陷的单片电池片做实验，单片电池片表面为硅材料，没有层压玻璃薄膜。使用恒流电流源对电池片接通反向1A 电流，电池片逐渐升温，其中缺陷部位升温较快，当电池片的整体温度达到40℃时，缺陷部位的温度已经达到60℃左右。如图4 所示，电池片右上方区域存在过热区域。 图4 在对几组电池片完成实验后我们将恒流电流源反向接通到太阳能电池组件上，电流大小 9A。从红外热像仪观察，组件升温缓慢，但是仍然出现了热区和冷区，出现缺陷的位置与客户划定的缺陷区域吻合。下图5 是组件的检测。电池组件存在过热和过冷区域，该电池存在缺陷并有部分短路。
单晶硅中可能出现的各种缺陷分析 缺陷，是对于晶体的周期性对称的破坏，使得实际的晶体偏离了理想晶体的晶体结构。在各种缺陷之中，有着多种分类方式，如果按照缺陷的维度，可以分为以下几种缺陷： 点缺陷：在晶体学中，点缺陷是指在三维尺度上都很小的，不超过几个原子直径的缺陷。其在三维尺寸均很小，只在某些位置发生，只影响邻近几个原子，有被称为零维缺陷。 线缺陷：线缺陷指二维尺度很小而们可以通过电镜等来对其进行观测。 面缺陷：面缺陷经常发生在两个不同相的界面上，或者同一晶体内部不同晶畴之间。界面两边都是周期排列点阵结构，而在界面处则出现了格点的错位。我们可以用光学显微镜观察面缺陷。 体缺陷：所谓体缺陷，是指在晶体中较大的尺寸范围内的晶格排列的不规则，比如包裹体、气泡、空洞等。 一、点缺陷 点缺陷包括空位、间隙原子和微缺陷等。 1、空位、间隙原子 点缺陷包括热点缺陷（本征点缺陷）和杂质点缺陷（非本征点缺陷）。 1.1热点缺陷 其中热点缺陷有两种基本形式：弗仑克尔缺陷和肖特基缺陷。单晶中空位和间隙原子在热平衡时的浓度与温度有关。温度愈高，平衡浓度愈大。高温生长
的硅单晶，在冷却过程中过饱和的间隙原子和空位要消失，其消失的途径是：空位和间隙原子相遇使复合消失；扩散到晶体表面消失；或扩散到位错区消失并引起位错攀移。间隙原子和空位目前尚无法观察。 1.2杂质点缺陷 A、替位杂质点缺陷，如硅晶体中的磷、硼、碳等杂质原子 B、间隙杂质点缺陷，如硅晶体中的氧等 1.3点缺陷之间相互作用 一个空位和一个间隙原子结合使空位和间隙原子同时湮灭（复合），两个空位形成双空位或空位团，间隙原子聚成团，热点缺陷和杂质点缺陷相互作用形成复杂的点缺陷复合体等。 2、微缺陷 2.1产生原因 如果晶体生长过程中冷却速度较快，饱和热点缺陷聚集或者他们与杂质的络合物凝聚而成间隙型位错环、位错环团及层错等。Cz硅单晶中的微缺陷，多数是各种形态的氧化物沉淀，它们是氧和碳等杂质，在晶体冷却过程中，通过均质成核和异质成核机理形成。 2.2微缺陷观察方法 1）择优化学腐蚀： 择优化学腐蚀后在横断面上呈均匀分布或组成各种形态的宏观漩涡花纹（漩涡缺陷）。宏观上，为一系列同心环或螺旋状的腐蚀图形，在显微镜下微缺陷的微观腐蚀形态为浅底腐蚀坑或腐蚀小丘（蝶形蚀坑）。在硅单晶的纵剖面上，微缺陷通常呈层状分布。 2）热氧化处理： 由于CZ硅单晶中的微缺陷，其应力场太小，往往需热氧化处理，使微缺陷缀饰长大或转化为氧化层错或小位错环后，才可用择优腐蚀方法显示。 3）扫描电子显微技术，X射线形貌技术，红外显微技术等方法。 2.3微缺陷结构
哈尔滨工业大学创新实验报告 ogyhTecnolI nstitute of Harbin 验创新实近代 光学 实验名称：太阳能光伏电池测试与分析 院 系： 专 业： 名：姓
号：学 指导教师： 实验时间： 哈尔滨工业大学． 哈尔滨工业大学创新实验报告 一、实验目的 1、了解pn结基本结构和工作原理； 2、了解太阳能电池的基本结构，理解工作原理； 3、掌握pn结的IV特性及IV特性对温度的依赖关系； 4、掌握太阳能电池基本特性参数测试原理与方法，理解光源强度、波长、环境温度等因素对太阳能电池特性的影响； 5、通过分析PN结、太阳能电池基本特性参数测试数据，进一步熟悉实验数据分析与处理的方法，分析实验数据与理论结果间存在差异的原因。 二、实验原理 1、光生伏特效应 半导体材料是一类特殊的材料，从宏观电学性质上说它们导电能力在导体和绝缘体之间，导电能力随外界环境（如温度、光照等）发生剧烈的变化。半导体材料具有负的带电阻温度系数。从材料结构特点说，这类材料具有半满导带、价带和半满带隙，温度、光照等因素可以使价带电子跃迁到导带，改变材料的电学性质。通常情况下，都需要对半导体材料进行必要的掺杂处理，调整它们的电学特性，以便制作出性能更稳定、灵敏度更高、功耗更低的电子器件。基于半导体材料电子器件的核心结构通常是pn结，pn结简单说就是p型半导体和n型半导体的基础区域，太阳能电池本质上就是pn结。 常见的太阳能电池从结构上说是一种浅结深、大面积的pn结，如图1所示，它的工作原理的核心是光生伏特效应。光生伏特效应是半导体材料的一种通性。当光照射到一块非均匀半导体上时，由于内建电场的作用，在半导体材料内部会产生电动势。如果构成适当的回路就会产生电流。这种电流叫做光生电流，这种内建电场引起的光电效应就是光生伏特效应。 非均匀半导体就是指材料内部杂质分布不均匀的半导体。pn结是典型的一个例子。N型半导体材料和p型半导体材料接触形成pn结。pn结根据制备方法、杂质在体内分布特征等有不同的分类。制备方法有合金法、扩散法、生长法、离子注入法等等。杂质分布可能是线性分布的，也可能是存在突变的，pn结的杂质分布特征通常是与制备方法相联系的。不同的制备方法导致不同的杂质分布特征。
光伏组件生产四——EL检测 太阳能电池组件缺陷检测仪——即EL测试仪是利用晶体硅的电致发光原理、利用高分辨率的CCD相机拍摄组件的近红外图像，获取并判定组件的缺陷。 EL 检测仪具有灵敏度高、检测速度快、结果直观形象等优点，是提升光伏组件品质的关键设备；红外检测可以全面掌握太阳电池内部问题，为改进生产工艺提供依据，提升产品质量，可以对问题组件进行及时返修，尽可能的降低损失。方便层压前和层压后太阳能电池组件的测试，更换不同规格的太阳能电池组件后设备能方便地调整，保证太阳能电池组件的安全。 使用EL检测仪 通过EL测试仪可以清楚的发现太阳能组件电池片上的黑斑、黑心以及组件中的裂片，包括隐裂和显裂、劣片及焊接缺陷等问题，从而及时发现生产中出现的问题，及时排除，进而改进工艺。对提高效率和稳定生产都有重要的作用，因而太阳电池电致发光测试仪被认为是太阳电池产线上的“眼睛”。 EL检查的生产工艺及注意事项 不同规格的电池片要使用不同的电流和电压，具体如下 注意事项
1.使用前确保太阳能电池组件规格是否有调整，严禁未经调整随意测试 不同规格的组件。 2.太阳能电池组件在传输过程中不得随意拉动或者停止太阳能电池组件，确保人员和产品的安全。 3.在检查直流电源前，请在切断电源10分钟后再用万用表等确认进行工作。 4.禁止随意使用U盘拷贝数据，避免病毒传染，重要数据流失。 5.如一段时间不使用，应同时关闭电脑及所有电源。 6.打开直流稳压电源后,确认电源上面的数值是否符合规格。 7.请勿在暗箱内放置任何物体。 EL检测阶段常见问题及解决方法 1、破片 生产过程中由于铺设、层压操作不当导致热应力、机械应力作用不均匀都有可能出现破片现象。 2、黑芯 黑芯一般是由于原材料商在拉硅棒的时候没有拉均匀所致。 3、断栅 断栅的原因是丝网印刷参数没调好或丝网印刷质量不佳，或者是硅片切割不均匀，也有可能出现断层现象。 4、暗片
太阳能电池与硅片划片切割工艺的研究 一半导体其主要特性 导电能力介于导体和绝缘体之间的物体，则叫做半导体，如锗、硅、砷化镓、硫化镉等，其电阻率为10-５～107Ω·m 半导体性能上具有如下两个显著的特点。 (1)电阻率的变化受杂质含量的影响极大，例如，纯硅中磷杂质的浓度在1026～1019m-3范围内变化时，它的电阻率就会从10-5Ω·m变到104Ω·m；室温下在纯硅中掺人百万分之一的硼，硅的电阻率就会从2.14X103Ω·m减小到0.004Ω·m左右。如果所含杂质的类型不同，导电类型也不同。 (2)电阻率受光和热等外界条件的影响很大，温度升高或光照时，均可使半导体材料的电阻率迅速下降。例如，锗的温度从200℃升高到300℃，其电阻率降低一半左右。一些特殊的半导体，在电场和磁场的作用下，其电阻率也会发生变化。 半导体材料的种类很多，按其化学成分，可分为元素半导体和化合物半导体；按其是否含有杂质，可分为本征半导体和杂质半导体。杂质半导体按其导电类形，又分为n型半导体和p型半导体。 二、半导体硅的晶体结构 自然界物质存在的形态有气态物质、液态物质和固态物质。固态物质可根据它们的质点(原子、离子和分子)排列规则的不同，分为晶体和非晶体两大类。具有确定的熔点的固态物质称为晶体，如硅、砷化镓、冰及一般金属等；没有确定的熔点、加热时在某一温度范围内就逐渐软化的固态物质称为非晶体，如玻璃、松香等。 所有晶体都是由原子、分子、离子或这些粒子集团在空间按一定规则排列而成的。这种对称的、有规则的排列，叫晶体的点阵或晶体格子，简称为晶格。最小的晶格，称为晶胞。晶胞的各向长度，称为品格常数。将晶格周期地重复排列起来，就构成为整个晶体。晶体又分为单晶体和多晶体。整块材料从头到尾都按同一规则作周期性排列的晶体，称为单晶体。整个晶体由多个同样成分、同样晶体结构的小晶体(即晶粒)组成的晶体，称为多晶体。在多晶体中，每个小晶体中的原子排列顺序的位向是不同的。非晶体没有上述特征，组成它们的质点的排列是无规则的，而是“短程有序、长程无序’’的排列. 三、太阳能电池工作原理与特性 太阳能电池的分类和结构，太阳能电池的工作原理和特性。 (一)、太阳能电池的分类 太阳能电池多为半导体材料制造，发展至今，已经种类繁多，形式各样。 可用各种方法对太阳能电池进行分类，如按照结构的不同分类，按照材料的不同分类，按照用途的不同分类，按照工作方式的不同分类，等等。下面对按照结构和材料进行的分类加以介绍。 (1) 按照结构的不同可分为如下各类 1．同质结太阳能电池 由同一种半导体材料所形成的p—n结或梯度结称为同质结。用同质结构成的电池称为同质结太阳能电池，如硅太阳能电池。 四太阳能电池的结构 因生产制造太阳能电池的基体材料和所采用的工艺方法的不同，太阳能电池 的结构也就多种多样。这里以常规硅太阳能电池为例简述太阳能电池的结构。图 3—16是一个p型硅材料制成的／／p型结构常规太阳能电池的示意图。①p层为 基体，厚度为o．2～0．5mm。基体材料称为基区层，简称基区。②p层上面是n
什么是太阳能电池量子效率,如何测试 请教大家,什么是太阳能电池量子效率啊?Quantum efficiency of a solar cell, QE 太阳能电池量子效率和太阳能电池光谱响应,太阳能电池IPCE有什么区别啊?spectral response, IPCE, Incident Photon to Charge Carrier Efficiency 太阳能电池这些特性如何测试啊? 什么是太阳能电池量子效率?如何测试啊?Quantum efficiency of a solar cell, QE 太阳能电池的量子效率是指太阳能电池的电荷载流子数目和照射在太阳能电池表面一定能量的光子数目的比率。因此，太阳能电池的量子效率和太阳能电池对照射在太阳能电池表面的各个波长的光的响应有关。太阳能电池的量子效率和光的波长或者能量有关。如果对于一定的波长，太阳能电池完全吸收了所有的光子，并且我们搜集到由此产生的少数载流子（例如，电子在P型材料上），那么太阳能电池在此波长的量子效率为1。对于能量低于能带隙的光子，太阳能电池的量子效率为0。理想中的太阳能电池的量子效率是一个正方形，也就是说，对于测试的各个波长的太阳能电池量子效率是一个常数。但是，绝大多数太阳能电池的量子效率会由于再结合效应而降低，这里的电荷载流子不能流到外部电路中。影响吸收能力的同样的太阳能电池结构，也会影响太阳能电池的量子效率。比如，太阳能电池前表面的变化会影响表面附近产生的载流子。并且，由于短波长的光是在非常接近太阳能电池表面的地方被吸收的，在前表面的相当多的再结合将会影响太阳能电池在该波长附近的太阳能电池量子效率。类似的，长波长的光是被太阳能电池的主体吸收的，并且低扩散深度会影响太阳能电池主体对长波长光的吸收能力，从而降低太阳能电池在该波长附近的太阳能电池量子效率。用稍微专业点的术语来说的话，综合器件的厚度和入射光子规范的数目来说，太阳能电池的量子效率可以被看作是太阳能电池对单一波长的光的吸收能力。 太阳能电池量子效率，有时也被叫做IPCE，也就是太阳能电池光电转换效率(Incident-Photon-to-electron Conversion Efficiency)。 太阳能电池（光伏材料）光谱响应测试、量子效率QE（Quantum Efficiency）测试、光电转换效率IPCE (Monochromatic Incident Photon-to-Electron Conversion Efficiency) 测试等。广义来说，就是测量光伏材料在不同波长光照条件下的光生电流、光导等。 测试原理 用强度可调的偏置光照射太阳能电池，模拟其不同的工作状态，同时测量太阳能电池在不同波长的单色光照射下产生的短路电流,从而得到太阳能电池的绝对光谱响应和量子效率。
H a r b i n I n s t i t u t e o f T e c h n o l o g y 近代光学创新实验 实验名称：太阳能光伏电池测试与分析院系： 专业： 姓名： 学号： 指导教师： 实验时间： 哈尔滨工业大学
一、实验目的 1、了解pn结基本结构和工作原理； 2、了解太阳能电池的基本结构，理解工作原理； 3、掌握pn结的IV特性及IV特性对温度的依赖关系； 4、掌握太阳能电池基本特性参数测试原理与方法，理解光源强度、波长、环境温度等因素对太阳能 电池特性的影响； 5、通过分析PN结、太阳能电池基本特性参数测试数据，进一步熟悉实验数据分析与处理的方法，分 析实验数据与理论结果间存在差异的原因。 二、实验原理 1、光生伏特效应 半导体材料是一类特殊的材料，从宏观电学性质上说它们导电能力在导体和绝缘体之间，导电能力随外界环境（如温度、光照等）发生剧烈的变化。半导体材料具有负的带电阻温度系数。从材料结构特点说，这类材料具有半满导带、价带和半满带隙，温度、光照等因素可以使价带电子跃迁到导带，改变材料的电学性质。通常情况下，都需要对半导体材料进行必要的掺杂处理，调整它们的电学特性，以便制作出性能更稳定、灵敏度更高、功耗更低的电子器件。基于半导体材料电子器件的核心结构通常是pn结，pn结简单说就是p型半导体和n型半导体的基础区域，太阳能电池本质上就是pn结。 常见的太阳能电池从结构上说是一种浅结深、大面积的pn结，如图1所示，它的工作原理的核心是光生伏特效应。光生伏特效应是半导体材料的一种通性。当光照射到一块非均匀半导体上时，由于内建电场的作用，在半导体材料内部会产生电动势。如果构成适当的回路就会产生电流。这种电流叫做光生电流，这种内建电场引起的光电效应就是光生伏特效应。 非均匀半导体就是指材料内部杂质分布不均匀的半导体。pn结是典型的一个例子。N型半导体材料和p型半导体材料接触形成pn结。pn结根据制备方法、杂质在体内分布特征等有不同的分类。制备方法有合金法、扩散法、生长法、离子注入法等等。杂质分布可能是线性分布的，也可能是存在突变的，pn结的杂质分布特征通常是与制备方法相联系的。不同的制备方法导致不同的杂质分布特征。
1.1.1组件电性能测试 1 组件测试仪校准：开始测试前使用相应的标准板校准测试仪；之后连续工作四小时（或更换待测产品型号）校准测试仪一次。 2 标准板选用：测试单晶硅组件使用单晶硅标准板；测试多晶硅组件使用多晶硅标准板。 测试120W以上（包括120W）组件：使用160W标准板校准测试； 测试50～120W（包括50W）组件：使用80W标准板校准测试； 测试30～50W（包括30W）组件：使用30W标准板校准测试； 测试30W以下组件：使用15W标准板校准测试。 3 短路电流校准允许误差：±3%。 4 每次校准后填写《组件测试仪校准记录》。 2 组件的测试: 1太阳模拟器光强均匀度测试：①太阳模拟器光强均匀度≤3%；②每周一、四校正测试一次。 2 太阳模拟器光强稳定性测试：①太阳模拟器光强稳定性≤1%；②每天测试前校正测试一次。 3电池组件测试前，需在测试室内静止放置24小时以上，然后进行测试。 .4 测试环境温度湿度：①温度：25±3℃；②湿度：20～80%；③测试室保证门窗关闭，无尘。 3组件重复测试精度：＜±1%。 12.4组件电性能参数： 12.4.1国内组件：①三十六片串接：工作电压：≥16.0V；开路电压: ≥19.8V。 ②七十二片串接：工作电压：≥33.5V；开路电压: ≥42.4V。 ③六十片串接：工作电压：≥28.0V；开路电压: ≥34.0V。 ④五十四片串接：工作电压：≥25.0V；开路电压: ≥32.0V。 ⑤功率误差：±3%。 12.4.2国外组件：①三十六片串接：工作电压：≥16.8V；开路电压: ≥20.5V。 ②七十二片串接：工作电压：≥33.5V；开路电压: ≥42.4V。 ③六十片串接：工作电压：≥27.4V；开路电压: ≥34.0V。 ④五十四片串接：工作电压：≥25.0V；开路电压: ≥32.0V。 ⑤功率误差 2.0 仪器/工具/材料 2.1 所需原、辅材料：1.外观检查合格的组件 2.2 设备、工装及工具：1.组件测试仪；2.标准组件； 3.合格印章 3.0 准备工作 3.1 工作时必须穿工作衣，鞋;做好工艺卫生，用抹布清洗工作台 3.2 按《太阳能模拟器操作规范》开启并设置好组件测试仪;每班次开始生产测试前必须用标准
现代科学仪器 Modern Scientific Instruments 第5期2010年10月 N o.5 O c t. 2010105 缺陷太阳电池EL 图像及伏安特性分析 肖娇 徐林 曹建明 （上海交通大学物理系太阳能研究所 上海 200240） 摘 要 本文基于电致发光（Electroluminescence,EL）的理论，利用红外检测的方法，通过CCD 近红外相机实验检测出了晶体硅太阳电池中存在的隐性缺陷，如隐裂、断栅、电阻不均匀、花片等，并将可见光下电池图像与EL 图像进行对比。对存在缺陷的太阳电池进行了伏安特性测试，得出隐裂缺陷对太阳电池伏安特性、填充因子、效率等性能的影响，也证明电致发光技术检测太阳电池缺陷的准确性。关键词 太阳电池；电致发光；电池缺陷；伏安特性 中图分类号 O474 Ｅｌｅｃｔｒｏｌｕｍｉｎｅｓｃｅｎｃｅ Ｉｍａｇｅｓ ａｎｄ Ｉ－Ｖ Ｃｈａｒａｃｔｅｒｉｓｔｉｃ Ａｎａｌｙｓｉｓ ｏｆ Ｄｅｆｅｃｔｉｖｅ Ｃｒｙｓｔａｌｌｉｎｅ Ｓｉｌｉｃｏｎ Ｓｏｌａｒ Ｃｅｌｌｓ Xiao Jiao, Xu Lin, Cao Jianming (Solar Energy Institute, Physics Dept, Shanghai JiaoTong University, Shanghai, 200240, China) Abstract Based on Electroluminescence (EL) theory, the micro-cracks of crystalline silicon solar cells were detected by the near-infrared CCD camera, such as the cracks, off-grid, non-uniform resistance, ? ower slice. Then we compared the EL images with the images under visible light. I-V characteristic of the defective solar cells was tested, and we got that the defects would affect the I-V curve, ? ll factor, ef ? ciency of the solar cell, meanwhile EL technology is proved to be an accurate measurement to detect solar cells. Key words Solar cell; Electroluminescence;Solar cell defects; I-V characteristic 收稿日期：2010-06-23 作者简介：肖娇，女，上海交通大学硕士研究生，主要从事太阳能光伏检测设备的研发 目前工业化晶体硅太阳电池在制造过程中通常采用丝网印刷、高温烧结、互联、层压封装等生产工艺，其中丝网印刷的机械应力、焊接的热应力、高温烧结的热应力、层压封装的机械应力等不可避免会引入一些缺陷，包括隐裂、碎片、断栅、虚焊等，这类缺陷的存在极大地影响了太阳电池的光电转化效率和电池的寿命。据估计，每条组件生产线每年由于缺陷带来的直接经济损失约为60万美元，故有效的检测手段是非常必要的。本文运用基于电致发光（Electroluminescence ,EL）的检测方法，有效地检测出了太阳电池中可能存在的缺陷，是一种有效的检测电池、组件的方法。对检测出来的各类缺陷电池进行伏安特性曲线、填充因子、效率、串联电阻等各项性能测试，结果表明存在缺陷的电池漏电流较大，填充因子、效率减少较严重，性能测试结果和EL 检测方法得出的结论一致. 1 电致发光实验理论基础 在太阳电池中，少子的扩散长度远远大于势垒 宽度，因此电子和空穴通过势垒区时因复合而消失的几率很小，继续向扩散区扩散。在正向偏压下，p-n 结势垒区和扩散区注入了少数载流子。这些非平衡少数载流子不断与多数载流子复合而发光，这就是太阳电池电致发光的基本原理[1]。 发光成像有效地利用了太阳电池间带中激发电子载流子的辐射复合效应。在太阳能电池两端加入正向偏压, 其发出的光子可以被灵敏的CCD 相机获得,即得到太阳电池的辐射复合分布图像。但是电致发光强度非常低,而且波长在近红外区域，要求相机必须在900-1100nm 具有很高的灵敏度和非常小的噪声。图1为电致发光的光谱图[2]。 2 CCD 红外相机试验方法 实验样品为国产多晶硅太阳电池，采用由加拿大生产的INFILITY 近红外相机，ELECTROOPTIC 公司生产的红外相机镜头，其波谱响应范围为800nm ～1100nm。在试验过程中，利用直流稳压电源给多晶硅电池加正向偏压，控制正向偏压大小为
单晶硅太阳电池检验标准……………………………… EVA检验标准…………………………………………… 钢化玻璃检验标准……………………………………… TPT检验标准…………………………………………… 铝型材检验标准………………………………………… 涂锡焊带检验标准……………………………………… 双组分有机硅导热灌封胶检验标准…………………… 有机硅橡胶密封剂检验标准…………………………… 组件质量检测标准……………………………………… EVA检验标准 晶体硅太阳电池囊封材料是EVA，它乙烯与醋酸乙烯脂的共聚物，化学式结构如下 （CH2—CH2）—（CH—CH2） | O | O — O — CH2 EVA是一种热融胶粘剂，常温下无粘性而具抗粘性，以便操作，经过一定条件热压便发生熔融粘接与交联固化，并变的完全透明，长期的实践证明：它在太阳电池封装与户外使用均获得相当满意的效果。 固化后的EVA能承受大气变化且具有弹性，它将晶体硅片组“上盖下垫”，将硅晶片组包封，并和上层保护材料玻璃，下层保护材料TPT（聚氟乙烯复合膜），利用真空层压技术粘合为一体。 另一方面，它和玻璃粘合后能提高玻璃的透光率，起着增透的作用，并对太阳电池组件的输出有增益作用。 EVA厚度在0.4mm～0.6mm之间，表面平整，厚度均匀，内含交联剂，能在150℃固化温度下交联，采用挤压成型工艺形成稳定胶层。 EVA主要有两种：①快速固化②常规固化，不同的EVA层压过程有所不同 采用加有抗紫外剂、抗氧化剂和固化剂的厚度为0.4mm的EVA膜层作为太阳电池的密封剂，使它和玻璃、TPT之间密封粘接。 用于封装硅太阳能电池组件的EVA，主要根据透光性能和耐侯性能进行选择。 1. 原理 EVA具有优良的柔韧性，耐冲击性，弹性，光学透明性，低温绕曲性，黏着性，耐环境应力开裂性，耐侯性，耐化学药品性，热密封性。 EVA的性能主要取决于分子量（用熔融指数MI表示）和醋酸乙烯脂（以VA表示）的含量。当MI一定时，VA的弹性，柔软性，粘结性，相溶性和透明性提高，VA的含量降低，则接近聚乙烯的性能。当VA含量一定时，MI降低则软化点下降，而加工性和表面光泽改善，
太阳能电池检测设备方案 学习单位：安徽师范大学 完成时间：2011-1-31 版本：Sun Source Check V1.0 一、主控芯片：STM32F103VC 资源介绍：128K Flash 20K SRAM USB2.0 SPI CAN I2C 12bitAD DA ； STM32F103xC、STM32F103xD和STM32F103xE增强型系列使用高性能的ARM? Cortex?‐M3 32 位的RISC内核，工作频率为72MHz，内置高速存储器(高达512K字节的闪存和64K字节的 SRAM)，丰富的增强I/O端口和联接到两条APB总线的外设。所有型号的器件都包含3个12位 的ADC、 4个通用16位定时器和2个PWM定时器， 还包含标准和先进的通信接口： 多达2个I2C、 3个SPI、2个I2S、1个SDIO、5个USART、一个USB和一个CAN。(参考价格：22元/pcs) 二、AD 芯片：AD7705 资源介绍：16bit AD 两路差分输入通道 增益可编程放大器PGA； 器件包括由缓冲器和增益可编程放大器（PGA）组成的前端模拟调节电路、Σ‐Δ调制器、可 编程数字滤波器等部件。能直接将传感器测量到的2路微小信号进行A/D转换，同时还具有 高分辨率、宽动态范围、自校准、优良的抗噪声性能以及低电压、低功耗等特点，非常适合 应用在仪表测量、工业控制等领域。 (参考价格：20元/pcs) 芯片工作在5V系统下，参考电压选取2.5V。分辨率=2.5V/2 16 =3.8*10 ‐5 V=0.04mV 三、开关电源： 1、选取 90W 可调开关电源用于电源模块，输出电压范围 0‐30V，电流范围 0‐3A。通过PWM 控制实现输出可调，选取适当的光耦隔离(考虑光耦速度，匹配 PWM 控制信号的频率)。 2、考虑系统工作所需电压为 3.3V、5V、1.2V。故需要稳定的 5V 电压供给系统使用，采用 小功率变压器配合 7805 产生，同时作为固定电压输出。 四、低阻测量：