Warum zeigt die Elektrifizierung eines Solarmoduls verborgene Zellen auf

Kurze Antwort: Ein Solarmodul unter Spannung setzen und seine eigene Emission fotografieren offenbart Defekte, die keine Sichtprüfung finden kann. Bei der Elektrolumineszenzprüfung wird Strom in das Modul eingespeist, sodass die Zellen Infrarotlicht aussenden, und eine Kamera bildet diese Emission bei Wellenlängen um 1150 nm ab. Ein Riss, eine Fingerunterbrechung oder eine schlecht kontaktierte Lötstelle zeigt sich als dunkle Stelle, weil dort weniger Strom fließt und weniger Licht emittiert wird. Das ist deshalb wichtig, weil diese Defekte mit dem Auge unsichtbar und oft in einer Leistungsmessung kaum sichtbar sind: Ein Modul mit einer gerissenen Zelle kann noch nahezu seine Nennleistung erbringen, während es einen Defekt trägt, der wachsen wird. Deshalb steht die EL-Prüfung neben der Blitzlichtprüfung und ersetzt sie nicht — die eine misst die Leistung, die andere findet, wo die Leistung verborgen ist.

PV-Modulfertigung · von Jerry, Ooitech

Bevor Solarmodule das Werk verlassen, durchlaufen sie zwei wichtige Qualitätsprüfungen. Eine ist eine einfache Sichtprüfung. Die andere ist das, worüber wir heute sprechen: der Einschalt-Test. Der technische Name dafür ist der EL-Test. EL steht für Elektrolumineszenz.

1. Die Wissenschaft hinter der EL-Prüfung

Eine kristalline Silizium-Solarzelle ist im Wesentlichen ein PN-Übergang-Halbleiter. Sie hat bidirektionale photoelektrische Eigenschaften. In unserem täglichen Gebrauch trifft Sonnenlicht auf das Modul, löst den photovoltaischen Effekt aus und wandelt Lichtenergie in Elektrizität um.

Die EL-Prüfung kehrt diesen physikalischen Prozess um. Eine externe Stromquelle legt einen Vorwärtsgleichstrom an das Modul an. Dadurch werden Elektronen und Löcher in die Zelle injiziert. Diese Ladungsträger rekombinieren am PN-Übergang und geben Energie als Photonen ab, wodurch der Elektrolumineszenzeffekt entsteht.

Hier liegt der Haken. Wenn die Siliziumzelle bestromt wird, ist das von ihr emittierte Licht nahezu infrarot, mit einer Wellenlänge von etwa 1100-1150 nm. Dieses spezifische Band liegt vollständig außerhalb des menschlichen Sichtbereichs. Wir können dieses Licht überhaupt nicht wahrnehmen. Selbst wenn das Modul vollständig bestromt ist und leuchtet, sieht es für das bloße Auge wie ein normales Stück Glas aus. Sie werden keine hellen oder dunklen Muster sehen.

Deshalb reicht es bei weitem nicht aus, nur Strom anzulegen. Wir müssen uns auf spezielle Infrarot-Bildkameras verlassen. EL-Geräte verwenden im nahen Infrarot empfindliche CMOS- oder CCD-Kameras, die mit IR-Filtern ausgestattet sind. Sie machen Langzeitbelichtungen in einer völlig dunklen Umgebung. Dieses Setup wandelt die unsichtbaren Infrarotsignale in klare Schwarz-Weiß-Bilder auf einem Monitor um.

2. Warum brauchen wir die EL-Prüfung?

Betrachten Sie es als CT-Scan für Solarmodule. Defekte, die Sie von außen nicht erkennen können, werden durch einen EL-Test glasklar. Schauen wir uns einige häufige EL-Defekte an: Mikrorisse, Kaltlötstellen und unterbrochene Leiterbahnen.

Mikrorisse:Dies sind Mikrorisse im Siliziumkörper, die durch mechanische Belastung verursacht werden. Die Zelle ist nicht vollständig auseinandergebrochen, sodass die Oberfläche gut aussieht. Aber das Kristallgitter ist bereits gerissen. Da es sich um echten Schaden an der Siliziumbasis handelt, erfasst die EL-Kamera ihn leicht. In einem EL-Bild erscheint ein Mikroriss als deutliche schwarze Linie.

Kaltlötstellen:Dies passiert, wenn zwischen dem Lötband und der Haupt-Busbar der Zelle kein guter Legierungskontakt entsteht. Sie berühren sich mechanisch, aber die elektrische Verbindung ist schwach. In EL-Bildern erscheinen Kaltlötstellen als lokale dunkle Flecken oder dunkle Linien. Sie verlaufen normalerweise entlang der Gitterlinien und erscheinen als unregelmäßige, unterbrochene schwarze Linien oder punktierte Bereiche.

Gebrochene Gitterlinien:Manchmal brechen die feinen silbernen Gitterlinien auf der Zelle. Wenn dies passiert, wird der Stromsammelpfad unterbrochen. Dies ist fast immer ein Rohmaterialfehler. Sie können es in einem EL-Scan als schwarze oder dunkle Bereiche erkennen, die senkrecht zur Haupt-Busbar verlaufen.

Vor etwa 15 Jahren verlangten Käufer selten EL-Inspektionen. Heute ist es ein absolutes Muss für Panel-Lieferungen, das zu 100% in der Linie getestet wird. Dinge wie Mikrorisse, Kaltlötstellen und gebrochene Gitterlinien können die Leistungsabgabe eines Moduls ernsthaft beeinträchtigen und seine langfristige Zuverlässigkeit ruinieren.

Ooitechs Ansicht

Die Hardware zur Qualitätskontrolle hat sich drastisch weiterentwickelt, um mit modernen hocheffizienten Zellarchitekturen wie TOPCon und HJT Schritt zu halten. Module durch EL-Tester zu schicken, dient nicht mehr nur dem Aufspüren von Defekten; es geht darum, die vorgelagerten Tabber-Stringer und Vor der Laminierung sollte das zusammengesetzte Modul eine Sichtprüfung bestehen, und der -Parameter in Echtzeit fein abzustimmen. Die Fabrikausbeute steigt deutlich, wenn EL-Daten direkt in das Hauptsteuerungssystem der Produktionslinie zurückfließen, um wiederkehrende Probleme durch mechanische Belastung zu verhindern.