大硅片、多主栅、半片、大组件等高效电池技术的隐裂研究
太阳能电池的裂纹通常很小，对于隐裂来说肉眼都无法检测，但随着裂纹的增长，它们对电站发电量、火灾安全等的影响会逐渐增加。而在电站运营过程中，运维失误、气候变化、昼夜温差、不可抗力如大风、冰雹等都会加速隐裂的产生和扩大。
随着大尺寸、多主栅、半片、大组件等高效电池技术的出现，隐裂/裂纹对发电量的影响更甚，而隐裂/裂纹的产生和预防机理也和以前发生了改变。
本篇通过各种试验讲述不同高效发电技术下隐裂/裂纹的来源、特点和预防。
1. 隐裂/裂纹的产生及影响
通常认为，隐裂及裂纹来自于制造、搬运、运输、安装、运行等各个阶段。
制造阶段：电池片焊接、组件层压时受到的过度热应力和机械应力；
运输阶段：组件搬运和运输时由于颠簸、震动等原因产生裂纹/隐裂；
安装阶段：组件搬运时受到的外力，组件装配时的不均匀应力；
运营阶段：环境条件温差、风、雪和冰雹、砂石异物撞击等造成；
PVEL在约旦的一个底面电站检测中发现，该单晶PERC阵列仅运营了4个月，就发现严重的电池裂纹导致高达9%的功率损耗。
2. 不同高效电池技术的隐裂新动向
PVEL对不同高效电池技术的隐裂研究表明，电池裂纹以及母线设计都会对功率损失产生显著影响，裂纹对不同高效电池技术的敏感性不完全一致。
更大、更高功率，光伏组件设计的两个最新趋势正在增加电池裂纹敏感性。更大包括电池片更大、组件板型更大，更高功率包括了各种高效电池技术。
2.1 大硅片、半片和全片
将硅片/电池片做得更大，似乎已经成为行业降本增效的共识，从15X到166，再到18X和210,。更大的硅片意味着每块硅片更大表面积，相同电池片和板型设计下更大的组件表面积。
大硅片在切割、制造电池片的过程中相比小尺寸受外力影响更大，内应力也会更高，隐裂或裂片的可能性也就更高。将大硅片变成半片和三分片，似乎是降低大硅片隐裂的一种办法。PVEL通过对全片组件和半片组件的统计分析，认为在半片组件中发生隐裂/裂纹的可能性大大降低。
来源：PVEL
尽管在将硅片切半或切三分片的过程中可能会产生更多的隐裂/裂纹，但最新的激光划片技术正在将这种缺陷减少。天合光能在210硅片三分片技术报告中也突出强调了这一点。并且，如果在半片和三分片中发现隐裂，往往在组件层压前就能被筛选出来。
而半片或三分片，在组件面积变大后的变形过程中，显然对变形的耐受性能要优于全片电池。在组件层压阶段、环境温差导致的热胀冷缩阶段，半片/三分片在一定程度上是将大硅片变成了小电池片，反而降低了硅片变大带来的隐裂增加可能。
2.2 大板型VS小板型
现在的高功率组件500W+、600W+，除了采用了高效电池技术外，更直接的贡献是组件面积的增加。组件面积的增加不仅是因为更大的电池片，还有更多的电池片，表现在组件板型设计上，已经从传统的6*10、6*12变成了2 * 6 *（12或13或14）。
组件变大必然带来重量增加。为了减轻这些组件的重量，行业正在研究使用更薄的玻璃或更轻的边框；或者是在从15X向166、182、210的过渡中，组件的玻璃并未增厚，边框尺寸也没有增加，这在一定程度上降低了组件的刚度和耐用性。
据了解，不少大组件在按照之前的IEC标准进行动态、静态、温度循环下的机械载荷测试时，其通过率比以前大大降低。甚至有传言在讨论，IEC的机械载荷标准是否需要修订，或者体现差异化，在风载、雪载不是很严重的地区考虑降低标准。
不管如何，当从小板型向大板型变化时，光伏组件的隐裂/裂纹产生几率正在增加，需要引起行业特别是终端业主的重视。
2.2 高密度组件封装技术
为了提升组件光电转化效率，不少企业正在尝试高密度组件封装技术，将组件电池片的间距由原先常见的2mm减少为1mm左右或更低，而最典型的叠瓦技术更是无间隙封装。
图片来源：天合光能
通过减少电池间距，这是实现提升组件转化效率，减少每瓦组件面积的重要手段。但这些技术的电池片间互联也可能增加电池的机械应力，尽管新技术采用了三角焊带、柔性焊带、导电胶等多种创新来降低这种可能。加上环境、发电等温差带来的热胀冷缩、风压、雪压带来的组件变形等都会导致电池片间的应力增加，带来碎片、隐裂的可能。
2.4 多主栅技术
在PVEL看来，电池隐裂会在电池片中建立一个非活性区域，可能引发安全和性能问题，而对于不同主栅数量的电池，非活性区域的表现差异很大。
通过EL图片观察5主栅电池的隐裂或裂纹，主栅附近的裂纹创建了明显的非活性区域。而如果是12电池组件，将有更多的主栅跨越裂纹，使得本来因裂纹而减小的电流能够通过跨越裂纹的主栅而不受裂纹影响，至少相比5主栅电池，裂纹/隐裂对电流的影响被增加的主栅数量大大降低了。
因此，多主栅组件可以更好地克服隐裂/裂纹对功率损失的影响。
图：12主栅VS5主栅组件的裂纹附近非活性区域（PVEL）
2.5 单晶VS多晶
光伏产业从多晶到单晶的转换已经基本完成，高效电池技术中多晶已经很少，这种转变的明显好处是更容易实现高效率组件。PVEL的测试结果表明，多晶电池比单晶电池通常更容易受到裂纹的影响。
2.6 双玻VS单玻
在PVEL发布的《新技术组件设计与隐裂》白皮书中，结论再次强调了双玻组件对减少隐裂和裂纹的卓越贡献。PVEL称其机械应力检测结果显著说明了这一点。
3. 结语
组件裂纹敏感性试验表明，一些新技术天生就不那么容易受到影响，而另一些新技术则比较老的技术对裂纹更敏感性。光伏组件是否会产生隐裂还是取决于光伏组件生产中使用的特定组件和制造技术，选择较好的物料清单，对于新技术如大硅片、大功率、高密度封装等，仍需通过严格的试验和户外实证来证明其抗隐裂新能。
如需PVEL《新技术组件设计与隐裂》白皮书，请按文末留言提示操作。
原创No.1560；转载需联系授权
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