判斷失效光伏組件的失效分析方法及其使用的光伏組件結構的制作方法
【專利摘要】本發明公開了一種判斷失效光伏組件的失效分析方法及其使用的光伏組件結構，其中，失效光伏組件由第一電池片制備得到，本發明提供的方法的步驟如下：(a)提供一光伏組件結構，其具有兩種類型電池片，分別為第一電池片和第二電池片，第一電池片和第二電池片具有單一差異因素，并且除該單一差異因素外，其余因素相同；其中，該單一差異因素為單一的結構設計差異或為單一工藝制成差異；(b)將該光伏組件進行環境實驗；(c)再將經過環境實驗后的光伏組件進行光伏組件特性測試；(d)根據測試結果判定光伏組件失效原因。(e)如果(d)未能找出組件失效的根本原因，則重復(a)-(d)，直到所有的電池單一差異因素均被完全排除，則判定為失效由組件材料和封裝工藝造成。本發明能夠有利于甄別出光伏組件的失效原因是由電池片的結構設計差異不同或電池片的工藝制成不同或組件材料和封裝工藝不良導致的。
【專利說明】判斷失效光伏組件的失效分析方法及其使用的光伏組件結構
【技術領域】
[0001]本發明涉及一種判斷失效光伏組件的失效分析方法及其使用的光伏組件結構，屬于太陽電池【技術領域】。
【背景技術】
[0002]目前，為了降低光伏技術的發電成本，必須提高組件的戶外使用壽命，一般要求晶體硅光伏組件在戶外工作25年以上。在組件的使用過程中，由于組件在戶外受到冷熱交替的熱循環；戶外環境的紫外線將使封裝材料老化；水汽將滲透組件的封裝材料；近年來研宄者還發現組件在串聯過程中容易出現電勢積聚，帶電離子在強電場作用運動到電池表面并極化；以上這些都將導致組件在工作過程中出現功率衰退，簡稱組件失效。
[0003]為了更好的研宄組件的失效機理和失效過程，研宄者分別建立了不同的環境實驗，希望在室內環境箱中重復高低溫循環、潮濕、冰凍、外加電勢、外力撞擊等實驗，模擬和預測組件在戶外長時間工作的環境。這些實驗，稱為加速老化實驗。
[0004]在出現組件失效時，最關鍵的工作是找到促使組件發生失效的根本原因，也即失效分析。而這個工作的開展，往往非常困難。這是因為組件制備過程中出現失效，有可能是由于硅體材料，或者是電池制成，也可能是組件封裝出現問題導致，而硅材料制備、電池制備以及組件封裝一般需要復雜的工藝步驟，中間任意環節出現問題都有可能導致組件整體失效。因此，必須建立一整套失效分析的方法和實驗思路，找出制約組件工作的根本原因，才能幫助組件通過環境測試，延長組件的工作壽命，促進光伏行業的健康發展。
【發明內容】
[0005]本發明所要解決的技術問題是克服現有技術的缺陷，提供一種判斷失效光伏組件的失效分析方法，它能夠有利于甄別出光伏組件的失效原因是由電池片的結構設計差異不同或電池片的工藝制成不同或組件材料和封裝工藝不良導致的。
[0006]為了解決上述技術問題，本發明的技術方案是:一種判斷失效光伏組件的失效分析方法，其中，失效光伏組件由第一電池片制備得到，其特征在于該方法的步驟如下:
[0007](^)提供一光伏組件結構，其具有兩種類型電池片，分別為第一電池片和第二電池片，第一電池片和第二電池片具有單一差異因素，并且除該單一差異因素外，其余因素相同；其中，該單一差異因素為單一的結構設計差異或為單一的工藝制成差異；
[0008](幻將該光伏組件結構進行環境實驗；
[0009](0)再將經過環境實驗后的光伏組件結構進行光伏組件特性測試；
[0010]((1)根據光伏組件結構的測試結果判定失效光伏組件失效原因:當測試后光伏組件結構的第一電池片和第二電池片的顯示結果有差異，并且與第一電池片和第二電池片的單一差異因素的差異相對應，則表明失效光伏組件的失效由電池片的單一差異因素導致，分析完成；否則進行步驟(6)；
[0011](6)當測試后第一電池片和第二電池片的顯示結果相同，則表明第一電池片和第二電池片的該單一差異因素不直接影響光伏組件結構的環境測試結果；采用不同的單一差異因素，重復(幻至((1)，直至電池的所有單一差異因素均未使第一電池片和第二電池片之間出現差異，則判定失效光伏組件的失效由組件材料和封裝工藝不良導致的。
[0012]進一步提供了一種具體的光伏組件結構的具體結構以便更好地提供甄別，在所述的步驟中，光伏組件結構的第一電池片和第二電池片呈交替排列，形成空間對稱結構。
[0013]進一步提供環境實驗的多種形式，在步驟$)中，環境實驗為熱循環、潮濕高溫、潮濕冰凍、戶外暴曬、外加電勢、外加撞擊中的一種或多種。
[0014]進一步提供了光伏組件特性測試的多種形式，在步驟化)中，特性測試為熱斑特性測試、電致發光特性測試、紅外特性測試、電流-電壓特性測試中的一種或多種。
[0015]進一步，在步驟(￡1)中，在光伏組件結構中，單塊包含的電池片的數目為24?300個。
[0016]本發明還提供了一種判斷失效光伏組件的失效分析方法中所使用的光伏組件結構，它具有兩種類型電池片，分別為第一電池片和第二電池片，第一電池片和第二電池片具有單一差異因素，并且除該單一差異因素外，其余因素相同；其中，該單一差異因素為單一的結構設計差異或為單一的工藝制成差異，所述的第一電池片為失效光伏組件使用的電池片。
[0017]進一步，第一電池片和第二電池片呈交替排列，形成空間對稱結構。
[0018]進一步提供了一種完整的光伏組件結構，該光伏組件結構還具有匯流帶、玻璃、背板、邊框和兩層膠膜層，多個電池片和匯流帶連接組成電池片陣列，所述的玻璃、膠膜層、電池片陣列、膠膜層和背板依次層疊形成光伏組件主體，光伏組件主體安裝在邊框內。
[0019]進一步，匯流帶為金屬焊帶或金屬線。
[0020]進一步，單塊包含的電池片的數目為24?300個。
[0021]采用了上述技術方案后，本發明具有以下的有益效果:
[0022]1、采用兩種不同的電池片在同一塊組件中，并且，其中一種電池片為失效光伏組件中采用的電池片，除了電池的差異，組件制備過程中的材料和工藝都是一致的，有利于甄別組件的失效是由電池片導致的，還是由于組件制備過程中的材料和工藝導致的。
[0023]2、兩種電池片在同一塊組件中形成空間對稱，用于判別環境中的空間對稱實驗參量如應力、溫度等的分布，是否是導致失效的直接原因。
[0024]3、本發明建立了一種直接比較電池片和環境參量的實驗方法，這種方法簡單容易實現，而且可以重復使用，建立強有力的實驗結論。
【專利附圖】
【附圖說明】
[0025]圖1是本發明中光伏組件結構的平面設計圖；
[0026]圖2是本發明中光伏組件結構經過電勢誘導衰減后的電致發光圖；
[0027]圖3是本發明中光伏組件結構經過機械載荷后的電致發光圖；
[0028]其中，1、第一電池片；2、第二電池片；3、邊框；4、第一電池片電致發光暗片；5、第二電池片電致發光明片；6、第一電池片電致發光暗片；7、第二電池片電致發光明片。
【具體實施方式】
[0029]為了使本發明的內容更容易被清楚地理解，下面根據具體實施例并結合附圖，對本發明作進一步詳細的說明。
[0030]實施例一
[0031〕 如圖1?2所示，一種判斷失效光伏組件的失效分析方法，該方法的步驟如下:
[0032](幻提供一光伏組件結構，其具有兩種類型電池片，分別為第一電池片1和第二電池片2，第一電池片1和第二電池片2具有單一差異因素，并且除該單一差異因素外，其余因素相同；其中，該單一差異因素為單一的結構設計差異；第一電池片1^^156.^156.的？型硅片制備，同時采用類似的工藝制備第二電池片2，本實施例所說的單一的結構設計差異為:第一電池片1采用折射率為1.9的31版為減反鈍化膜，第二電池片采用折射率為
2.3的31版為減反鈍化膜；可以將第一電池片1和第二電池片2交替排列，形成空間對稱結構，并進行焊接、層壓和封裝；最后成型的光伏組件結構，單塊包含的電池片的數目可以為60個；失效光伏組件是由第一電池片1制備而成的。
[0033](^)將該光伏組件結構進行環境實驗；本實施例中的環境實驗為85 %相對濕度和85攝氏度的環境和電勢誘導衰減實驗，當然環境實驗可以選擇熱循環、潮濕高溫、潮濕冰凍、戶外暴曬、外加電勢、外加撞擊中的一種或多種；
[0034](0)再將經過環境實驗后的光伏組件結構進行光伏組件特性測試；本實施例中的光伏組件特性測試為電流-電壓特性測試和電致發光特性測試；當然，光伏組件特性測試可以選擇熱斑特性測試、電致發光特性測試、紅外特性測試、電流-電壓特性測試中的一種或多種；
[0035]((1)根據測試結果判定失效光伏組件失效原因:將光伏組件結構短路，對邊框接入-10007的高壓，同時將光伏組件結構放置于85%相對濕度和85攝氏度的環境中，經過96小時后，將光伏組件結構從環境箱中取出，進行電流-電壓測試和電致發光測試。可以發現，組件功率衰減很大，超過30%，組件出現失效。電致發光測試可以發現圖像如圖2所不，電池片電致發光暗片呈現空間分布，且該分布與第一電池片1和第二電池片2之間的分布相符，說明失效光伏組件的失效是由電池片的單一的結構設計差異導致的，具體是由電池片的31版折射率參數引起。
[0036]該判斷失效光伏組件的失效分析方法中所使用的光伏組件結構，它具有兩種類型電池片，分別為第一電池片1和第二電池片2，第一電池片1和第二電池片2具有單一差異參數，并且除該單一差異參數外，其余參數相同；其中，該單一差異參數為單一設計參數，第一電池片1和第二電池片2呈交替排列，形成空間對稱結構，所述的第一電池片為失效光伏組件使用的電池片。
[0037]光伏組件結構還具有匯流帶、玻璃、背板、邊框3和兩層膠膜層，多個電池片和匯流帶連接組成電池片陣列，所述的玻璃、膠膜層、電池片陣列、膠膜層和背板依次層疊形成光伏組件主體，光伏組件主體安裝在邊框3內。
[0038]所述的匯流帶為金屬焊帶或金屬線，匯流帶的主要成分包括銅、銀、錫、鉛、鎳、鋁中的一種或幾種，所說的幾種是以合金的方式。
[0039]實施例二
[0040]如圖1、3所示，一種判斷失效光伏組件的失效分析方法，該方法的步驟如下:
[0041](幻提供一光伏組件結構，其具有兩種類型電池片，分別為第一電池片1和第二電池片2，第一電池片1和第二電池片2具有單一差異因素，并且除該單一差異因素外，其余因素相同；其中，該單一差異因素為單一的結構設計差異；第一電池片1^^156.^156.的？型硅片制備，同時采用類似的工藝制備第二電池片2，本實施例所說的單一的結構設計差異為:第一電池片1采用擴散方阻為130 0/ 口的磷擴散發射極，第二電池片2采用淺擴散區方阻為1300 / 口，重擴散去方阻為600/ 口的選擇性磷擴散發射極作為發射極；可以將第一電池片1和第二電池片2交替排列，形成空間對稱結構，并進行焊接、層壓和封裝；最后成型的光伏組件結構，單塊包含的電池片的數目可以為60個；失效光伏組件是由第一電池片1制備而成的。
[0042](^)將該光伏組件結構進行環境實驗；本實施例中的環境實驗為機械載荷試驗，當然環境實驗可以選擇熱循環、潮濕高溫、潮濕冰凍、戶外暴曬、外加電勢、外加撞擊中的一種或多種；
[0043](0)再將經過環境實驗后的光伏組件結構進行光伏組件特性測試；本實施例中的光伏組件特性測試為電流-電壓特性測試和電致發光特性測試；當然，光伏組件特性測試可以選擇熱斑特性測試、電致發光特性測試、紅外特性測試、電流-電壓特性測試中的一種或多種；
[0044]((1)根據測試結果判定失效光伏組件失效原因:進行5400？3靜置機械載荷實驗，實驗完畢后對光伏組件結構進行電流-電壓測試和電致發光測試。測試發現光伏組件結構出現較大功率衰減，達到20%，判定為組件機械載荷失效。電致發光圖像如圖3所示，不論是第一電池片1還是第二電池片2均出現了電致發光暗片，這表明組件機械載荷失效與第一電池片1和第二電池片2之間的差別也即發射極的結構，沒有較大關聯，則表明光伏組件失效由組件制備過程中的材料和工藝導致。
[0045]該判斷失效光伏組件的失效分析方法中所使用的光伏組件結構，它具有兩種類型電池片，分別為第一電池片1和第二電池片2，第一電池片1和第二電池片2具有單一差異參數，并且除該單一差異參數外，其余參數相同；其中，該單一差異參數為單一設計參數，第一電池片1和第二電池片2呈交替排列，形成空間對稱結構；所述的第一電池片為失效光伏組件使用的電池片。
[0046]光伏組件結構還具有匯流帶、玻璃、背板、邊框3和兩層膠膜層，多個電池片和匯流帶連接組成電池片陣列，所述的玻璃、膠膜層、電池片陣列、膠膜層和背板依次層疊形成光伏組件主體，光伏組件主體安裝在邊框3內。
[0047]所述的匯流帶為金屬焊帶或金屬線，匯流帶的主要成分包括銅、銀、錫、鉛、鎳、鋁中的一種或幾種，所說的幾種是以合金的方式。
[0048]實施例三
[0049]如圖1?2所示，一種判斷失效光伏組件的失效分析方法，該方法的步驟如下:
[0050](^)提供一光伏組件結構，其具有兩種類型電池片，分別為第一電池片1和第二電池片2，第一電池片1和第二電池片2具有單一差異因素，并且除該單一差異因素外，其余因素相同；其中，該單一差異因素為單一的結構設計差異；第一電池片1^^156.^156.的？型硅片制備，同時采用類似的工藝制備第二電池片2，本實施例所說的單一的結構設計差異為:第一電池片1采用絲網印刷漿制備前電極，其中印刷前電極所需的^漿在每片電池片上的重量為160呢，第二電池片2同樣采用絲網印刷^漿制備前電極，其中前電極所需的漿在每片電池片上的重量為50呢。可以將第一電池片1和第二電池片2交替排列，形成空間對稱結構，并進行焊接、層壓和封裝；最后成型的光伏組件結構，單塊包含的電池片的數目可以為60個；失效光伏組件是由第一電池片1制備而成的。
[0051]⑶將該光伏組件進行環境實驗；本實施例中的環境實驗為低溫為-40攝氏度，高溫為+85攝氏度，外加持續電流，電流大小為標準測試條件下最大功率點的電流值，周期為6小時，總數為200的冷熱循環。當然環境實驗可以選擇熱循環、潮濕高溫、潮濕冰凍、戶外暴曬、外加電勢、外加撞擊中的一種或多種；
[0052](0)再將經過環境實驗后的光伏組件結構進行光伏組件特性測試；本實施例中的光伏組件特性測試為電流-電壓特性測試和電致發光特性測試；當然，光伏組件特性測試可以選擇熱斑特性測試、電致發光特性測試、紅外特性測試、電流-電壓特性測試中的一種或多種；
[0053]((1)根據測試結果判定失效光伏組件失效原因:將光伏組件結構進行熱循環實驗:也即低溫為-40攝氏度，高溫為+85攝氏度，外加持續電流，電流大小為標準測試條件下最大功率點的電流值，周期為6小時，總數為200的冷熱循環。然后，將光伏組件結構從環境箱中取出，進行電流-電壓測試和電致發光測試。可以發現，組件功率衰減很大，超過25%，組件出現失效。電致發光測試可以發現圖像如圖2所示，電池片電致發光暗片呈現空間分布，且該分布與第一電池片1和第二電池片2之間的分布相符，說明該失效是由電池片的單一的結構設計差異導致的，具體是由電池片中金屬電極的漿料的耗量引起的金屬電極高度引起。
[0054]該判斷失效光伏組件的失效分析方法中所使用的光伏組件結構，它具有兩種類型電池片，分別為第一電池片1和第二電池片2，第一電池片1和第二電池片2具有單一差異因素，并且除該單一差異因素外，其余參數相同；其中，該單一差異參數為單一的結構設計差異，第一電池片1和第二電池片2呈交替排列，形成空間對稱結構，所述的第一電池片為失效光伏組件使用的電池片。
[0055]光伏組件結構還具有匯流帶、玻璃、背板、邊框3和兩層膠膜層，多個電池片和匯流帶連接組成電池片陣列，所述的玻璃、膠膜層、電池片陣列、膠膜層和背板依次層疊形成光伏組件主體，光伏組件主體安裝在邊框3內。
[0056]所述的匯流帶為金屬焊帶或金屬線，匯流帶的主要成分包括銅、銀、錫、鉛、鎳、鋁中的一種或幾種，所說的幾種是以合金的方式。
[0057]從以上三個實施例可以得出結論，31版的折射率會影響組件的抗電勢誘導衰減性能，發射極的結構對機械載荷沒有強關聯性，正面金屬電極的高度會對組件的熱循環實驗結果產生影響，這些澄清了組件電勢誘導衰減和熱循環失效的根本原因。關于機械載荷失效分析可以重新按照本例思路重新選用實驗參數，如電池厚度或金屬化工藝參數，如第一電池片1采用正常的200微米厚度硅片進行工藝生產，第二電池片2采用厚度為180微米厚度的硅片進行工藝制備，制備類似圖1的組件進行機械載荷實驗。
[0058]以上所述的具體實施例，對本發明解決的技術問題、技術方案和有益效果進行了進一步詳細說明，所應理解的是，以上所述僅為本發明的具體實施例而已，并不用于限制本發明，凡在本發明的精神和原則之內，所做的任何修改、等同替換、改進等，均應包含在本發明的保護范圍之內。
【權利要求】
1.一種判斷失效光伏組件的失效分析方法，其中，失效光伏組件由第一電池片制備得到，其特征在于該方法的步驟如下: (a)提供一光伏組件結構，其具有兩種類型電池片，分別為第一電池片和第二電池片，第一電池片和第二電池片具有單一差異因素，并且除該單一差異因素外，其余因素相同；其中，該單一差異因素為單一的結構設計差異或為單一的工藝制成差異； (b)將該光伏組件結構進行環境實驗； (C)再將經過環境實驗后的光伏組件結構進行光伏組件特性測試； (d)根據光伏組件結構的測試結果判定失效光伏組件失效原因:當測試后光伏組件結構的第一電池片和第二電池片的顯示結果有差異，并且與第一電池片和第二電池片的單一差異因素的差異相對應，則表明失效光伏組件的失效由電池片的單一差異因素導致，分析完成；否則進行步驟(e); (e)當測試后第一電池片和第二電池片的顯示結果相同，則表明第一電池片和第二電池片的該單一差異因素不直接影響光伏組件結構的環境測試結果；采用不同的單一差異因素，重復(a)至(d)，直至電池的所有單一差異因素均未使第一電池片和第二電池片之間出現差異，則判定失效光伏組件的失效由組件材料和封裝工藝不良導致的。
2.根據權利要求1所述的判斷失效光伏組件的失效分析方法，其特征在于:在所述的步驟(a)中，光伏組件結構的第一電池片和第二電池片呈交替排列，形成空間對稱結構。
3.根據權利要求1或2所述的判斷失效光伏組件的失效分析方法，其特征在于:在所述的步驟(b)中，環境實驗為熱循環、潮濕高溫、潮濕冰凍、戶外暴曬、外加電勢、外加撞擊中的一種或多種。
4.根據權利要求1或2所述的判斷失效光伏組件的失效分析方法，其特征在于:在所述的步驟(c)中，特性測試為熱斑特性測試、電致發光特性測試、紅外特性測試、電流-電壓特性測試中的一種或多種。
5.根據權利要求1或2所述的判斷失效光伏組件的失效分析方法，其特征在于:在所述的步驟(a)中，在光伏組件結構中，單塊包含的電池片的數目為24?300個。
6.一種如權利要求1至5中任一項所述的判斷失效光伏組件的失效分析方法中所使用的光伏組件結構，其特征在于:它具有兩種類型電池片，分別為第一電池片和第二電池片，第一電池片和第二電池片具有單一差異因素，并且除該單一差異因素外，其余因素相同；其中，該單一差異因素為單一的結構設計差異或為單一的工藝制成差異，所述的第一電池片為失效光伏組件使用的電池片。
7.根據權利要求6所述的光伏組件結構，其特征在于:所述的第一電池片和第二電池片呈交替排列，形成空間對稱結構。
8.根據權利要求6所述的光伏組件結構，其特征在于:它還具有匯流帶、玻璃、背板、邊框和兩層膠膜層，多個電池片和匯流帶連接組成電池片陣列，所述的玻璃、膠膜層、電池片陣列、膠膜層和背板依次層疊形成光伏組件主體，光伏組件主體安裝在邊框內。
9.根據權利要求8所述的光伏組件結構，其特征在于:所述的匯流帶為金屬焊帶或金屬線。
10.根據權利要求8所述的光伏組件結構，其特征在于:單塊包含的電池片的數目為24?300個。
【文檔編號】H02S30/10GK104485875SQ201410790761
【公開日】2015年4月1日 申請日期:2014年12月17日 優先權日:2014年12月17日
【發明者】陳奕峰, 皮爾·雅各·威靈頓, 王子港, 崔艷峰, 馮志強 申請人:常州天合光能有限公司