关于光伏组件湿冻老化后的失效分析

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作者：王会晓，麻超，郑炯，张向前，刘红伟

1 概括

在考验组件性能的老化测试中，TC50+HF10 老化序列是最常见的可靠性测试，但是目前由于老化后组件功率衰减＞ 5% 的现象频繁出现，导致实验失败。通过 EL 测试，发现老化后组件有明显的明暗不均现象，可能是由于组件在老化过程中，多次经历热胀冷缩，组件内部金属连接位置有孔隙，湿气进入，腐蚀金属部件，出现氧化现象导致衰减增大。此研究从宏观和微观两个大方向进行原因分析，找出影响组件老化后衰减严重的关键因素，进而减少此问题的产生。

2 实验过程

此文主要是研究光伏组件在经过 TC50+HF10 后功率衰减大于 5% 的原因，通过五方面查找失效原因，具体如下：

■ 2.1 功率恢复

TC50+HF10 老化后组件在室温下放置两个月，之后再测试组件功率，此方面主要是验证组件刚出老化箱后，由于组件温度较高，焊带热胀冷缩，导致焊带与电池主栅线虚接，从而引起功率衰减较大，具体测试结果如表 1 所示。

由以上数据可以明显看出，老化后组件在放置一段时间后，Voc、Isc、FF 数据均有所上升，可能与组件中焊带与电池主栅线的热胀冷缩有一定的关系。

■ 2.2 低电流测试 EL 图

此实验是验证通 2A 低电流（常规 8.5A）情况下，观察是否有暗片，从而导致功率衰减大。针对 1 号老化样品进行EL 测试分析，图 1、图 2 均通 8.5A 电流，图 3 通 2A 电流，具体如图 1~3 所示。

图 1       图 2  放 置 30 天后       图 3 放置 30 天后

低电流测试 EL 图，通 2A 低电流时，发现个别暗片， 可能与功率衰减较大有关。

■ 2.3 老化后背板透水率变化

此实验旨在验证背板在老化后透水率变大，水汽通过背板进入组件内部，进而腐蚀电池片。将衰减＞ 5% 的 2 号老化组件剥离背板，根据 EL 图中明暗片程度，选取黑片 3、次黑片 4-6、正常片 2（见图 4）， 分别取样进行背板透水率测试， 对比透水率情况，具体如表 2 所示。

背板透水率测试结果显示， 正常片、黑片、次黑片的透水率相差不大，排除由于背板老化透水增大导致组件功率衰减的因素。

■ 2.4 Dark I-V 测试

此实验考量异常发亮电池片是否由于电池片漏电流过大导致，具体操作如下：

①选取 EL 图中明暗程度对比明显的两片电池片进行Dark I-V 测试，如图 5 所示。

②将两片电池片按照 EL 图中的位置，从背板侧标注。使用壁纸刀将两片电池片的正负极焊带从背面引出，将正极或负极的四根焊带使用焊带连接在一起，并且将被测试电池片从背板侧进行遮挡。将电流源的正负极与被测试电池片的正负极相连，进行暗电流测试，具体如图 6 所示。

③异常发亮电池片通正反向电流测试结果，如图7 所示

④合格电池片通正反向电流测试结果，如图 8 所示。

通过对明暗不均电池片测试Dark I-V，漏电流均不明显，排除由于漏电流导致明暗不均匀电池片，排除漏电流导致功率衰减问题。

■ 2.5 微观结构分析 -SEM

①对 EL 图中明暗异常电池片、未封装电池片分布取样测试 SEM，具体如下图 9、图 10 所示。

图 9    明暗异常电池片 图 10 未封装电池片

②硅片表面形态，排除绒面的差异，不同样品硅片区域未发现明显异常（见图 11）。

③栅线表面形态（x10k)，异常区域可观察到栅线表面有明显的白色颗粒，粒径约为几纳米至几十纳米。

④ EDX 分析，对不同样品的栅线表面进行 EDX 元素分析（每个样品取三至五个点），主要元素为Ag，同时也发现C，O，Si 等元素，但从元素含量上来看并未发现明显差异。

⑤小结。异常样品硅片表面未见污染，SEM 图显示银栅线表面存在较多的颗粒，粒径几纳米至几十纳米之间；(2)EDX 元素分析暂时无法判定颗粒组成；(3) 怀疑银栅线表面存在较多的颗粒为氧化银，但是未发现此元素组成。

3 结论

通过以上数据分析 , 初步怀疑组件在经过老化试验后由于电池片表面的银栅线被氧化导致 , 致使电池片表面存在较多的氧化银颗粒 , 粒径在几纳米至几十纳米之间 , 但是通过 EDX 元素分析无法判定颗粒组成成分 , 后续需要继续研究根本原因。

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