Warum EL-Tests versteckte Mikrorisse in Solarzellen aufdecken können

Produkteinführung

EL-Test und IV-Test in der Solarmodulfertigung

In einer Solarpanel-Produktionslinie sind zwei Inspektionsschritte besonders wichtig: EL-Test und IV-Test. Der IV-Test wird normalerweise als endgültige Leistungsprüfung verwendet. Er bestätigt, ob das fertige PV-Modul die erforderliche Ausgangsleistung vor dem Versand erreicht.

Der IV-Test misst jedoch die elektrische Leistung des gesamten Moduls. Er kann Defekte in einer einzelnen Solarzelle, wie versteckte Mikrorisse, unterbrochene Finger, schlechte Lötstellen oder lokale Verunreinigungen, nicht genau lokalisieren. Hier wird die EL-Bildgebung sehr nützlich. EL-Tests machen unsichtbare interne Probleme sichtbar und helfen Produktionsteams, Defekte zu identifizieren, bevor das Modul den Kunden erreicht.

EL-Tests werden hauptsächlich für die qualitative Lokalisierungsanalyse von Zellen in einem PV-Modul verwendet. Sie können helfen, Mikrorisse, gebrochene Zellen, unterbrochene Gitterlinien, schwache Lötstellen, Entlötungen, Schmutzverunreinigungen, schlechtes Sintern und ungleichmäßige Zelleffizienz zu erkennen.

Technische Parameter

Grundlegende technische Logik der EL-Bildgebung

Das Funktionsprinzip des EL-Tests ist eng mit dem Arbeitsprinzip einer Solarzelle verbunden. Eine kristalline Silizium-Solarzelle besteht hauptsächlich aus P-Typ- und N-Typ-Halbleitermaterialien. Wenn P-Typ- und N-Typ-Bereiche einen PN-Übergangbilden, entsteht an der Kontaktgrenzfläche ein eingebautes elektrisches Feld.

Unter Sonnenlicht regt Photonenenergie Elektron-Loch-Paare an. Elektronen werden zur N-Region getrieben, während Löcher zur P-Region getrieben werden. Diese Ladungstrennung erzeugt Strom, das ist das grundlegende Stromerzeugungsprinzip einer Solarzelle.

Aber was passiert, wenn wir diesen Prozess umkehren?

Während des EL-Tests kontaktieren die Sonden des Testers die positiven und negativen Sammelschienen des PV-Moduls. Dann wird eine externe Spannung an das Modul angelegt. Diese Spannung wird über die Sammelschienen geleitet, auf die Bänder übertragen und dann zu den Silberelektroden auf der Zelloberfläche geführt. Von dort gelangt der Strom in die P- und N-Halbleiterbereiche im Inneren der Zelle.

Wenn sich Elektronen und Löcher gerichtet bewegen, bilden sie einen Stromkreis. Wenn diese Ladungsträger in den PN-Übergangsbereich, auch Verarmungszone genannt, eintreten, findet strahlende Rekombination statt. Bei der Rekombination bewegen sich Elektronen von einem höheren Energieniveau zu einem niedrigeren Energieniveau und geben überschüssige Energie ab. Diese Energie wird in Form von Photonenemittiert, wodurch nahes Infrarotlicht mit einer Wellenlänge von etwa 1100-1200 nm entsteht.

Eine professionelle EL-Kamera erfasst dieses nahe Infrarotlicht und erzeugt das EL-Bild.

Es ist zu beachten, dass sowohl Elektronen als auch Löcher Ladungsträger sind. Ihre gerichtete Bewegung kann einfach als Stromfluss verstanden werden.

Eine kleine Anmerkung: Das Arbeitsprinzip des EL-Tests ähnelt dem einer LED-Lampe. Wenn daher der Begriff strahlende Rekombination erscheint, bedeutet dies nicht, dass Solarmodule schädliche Strahlung erzeugen.

Technische Vorteile

Warum Defekte in EL-Bildern sichtbar werden

In der EL-Bildgebung kann jeder Defekt, der den Stromtransport oder genauer den Ladungsträgertransport beeinträchtigt, sichtbar werden. Wenn Elektronen oder Löcher einen bestimmten Bereich nicht reibungslos passieren können, wird die strahlende Rekombination in diesem Bereich abgeschwächt oder gestoppt. Infolgedessen werden weniger Photonen emittiert, und der Bereich erscheint im EL-Bild dunkler.

• Mikrorisse: Ein versteckter Riss bezieht sich auf einen winzigen Riss im Inneren der Solarzelle, der mit bloßem Auge schwer zu erkennen ist. Obwohl er von außen unsichtbar erscheint, ist der Riss für Ladungsträger wie Elektronen und Löcher wie eine Barriere. Der Ladungsträgertransport wird an dieser Stelle blockiert, sodass keine normale strahlende Rekombination stattfindet. Ohne Photonenemission erscheint der Riss im EL-Bild als schwarze Linie.

• Schwache Lötstellen: Schwache Lötstellen erscheinen in EL-Bildern meist als lokale dunkle Flecken oder dunkle Linien. Diese Defekte sind oft entlang der Gitterlinienrichtung verteilt und können als unregelmäßige, unterbrochene schwarze Linien oder punktierte dunkle Bereiche auftreten. Der Hauptgrund ist, dass das Verbindungsband und die Gitterlinie keine effektive metallische Verbindung bilden. Dies erhöht den Kontaktwiderstand erheblich. Der Stromtransport wird im Bereich der schwachen Lötstelle blockiert, sodass Ladungsträger diese Position nicht effizient in die Zelle passieren können. Die Leuchtintensität ist reduziert, was im Vergleich zu benachbarten normalen Zellen einen deutlichen dunklen Bereich bildet.

• Unterbrochene Finger: Unterbrochene Finger treten auf, wenn die feinen vorderen Gitterlinien der Solarzelle unterbrochen oder von der Zelloberfläche getrennt sind. Der von der Sammelschiene injizierte Strom kann den unterbrochenen Bereich der feinen Gitter nicht erreichen, oder der Strom auf dem Finger kann nicht in den PN-Übergang im Inneren der Zelle gelangen. In diesem Bereich wird die Stromdichte des PN-Übergangs sehr niedrig oder sogar null, was zu schwacher oder keiner Emission führt. Dies bildet eine typische Anomalie unterbrochener Finger in EL-Bildern.

Produktanwendung

Rolle der EL-Prüfung in der Qualitätskontrolle von Solarmodulen

Die EL-Prüfung wird in der Solarmodulfertigung häufig eingesetzt, da sie den Produktionsingenieuren eine direkte Möglichkeit zur Inspektion von Zellendefekten bietet. Sie ist besonders wichtig nach mechanischen oder thermischen Schlüsselprozessen, bei denen Zellen belastet oder beschädigt werden können.

Häufige Anwendungspunkte sind:

• Eingangskontrolle der Zellen: Um zu überprüfen, ob Solarzellen bereits Risse, Farbunterschiede, unterbrochene Gitterlinien oder ungleichmäßige Effizienz vor der Modulmontage aufweisen.

• Nach dem Stringen: Zur Identifizierung von Rissen, schlechten Lötstellen, Bandversatz oder Fingerunterbrechungen, die während des Tabber-Stringer-Betriebs entstehen.

• Nach dem Layup und Bussing: Um zu bestätigen, ob Strings korrekt verbunden sind und ob Lötfehler vor der Lamination auftreten.

• Nach der Lamination: Zur Überprüfung, ob thermischer Druck neue Risse verursacht oder bestehende Defekte vergrößert hat.

• Endkontrolle des Moduls: Zur Unterstützung der Qualitätseinstufung zusammen mit IV-Tests und Sichtprüfung.

In der praktischen Produktion ersetzen EL-Tests und IV-Tests einander nicht. IV-Tests sagen dem Hersteller, ob die Modulleistung qualifiziert ist. EL-Tests sagen dem Hersteller, warum ein Modul abnormal sein könnte und wo der Defekt liegt. Wenn beide zusammen verwendet werden, kann das Werk ein vollständigeres Qualitätskontrollsystem aufbauen.

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Praktische Erkenntnisse für PV-Modulhersteller

EL-Tests können versteckte Mikrorisse aufdecken, da der Riss den Ladungsträgertransport in der Solarzelle blockiert. Sobald der Ladungsträgertransport unterbrochen ist, wird die strahlende Rekombination in diesem Bereich schwach oder verschwindet, und das EL-Bild zeigt eine dunkle Linie oder einen dunklen Bereich. Deshalb ist der EL-Test eine der effektivsten Inspektionsmethoden zur Identifizierung interner Zelldefekte, die mit bloßem Auge nicht sichtbar sind.

Für PV-Modulfabriken liegt der Wert von EL-Tests nicht nur darin, schlechte Module zu finden. Wichtiger ist, dass sie helfen, Defekte auf Prozessschritte wie Zellhandhabung, Stringing, Löten, Layup, Lamination und Endmontage zurückzuführen. Dies macht die EL-Inspektion zu einem Schlüsselwerkzeug zur Verbesserung der Ausbeute, Reduzierung von Kundenreklamationen und Stabilisierung der Modulqualität.

Ooitechs Ansicht

Als Ausrüstungslieferant, der sich auf Solarpanel-Produktionslinien konzentriert, sieht Ooitech EL-Tests als mehr als eine einfache Inspektionsstation. Der wahre Wert liegt in der Prozessrückmeldung: Wenn Mikrorisse häufig nach dem Stringing oder der Lamination auftreten, sollte die Fabrik nicht nur die defekten Module aussortieren, sondern auch die Handhabungsspannung, Löttemperatur, Bandspannung und Laminiersparameter überprüfen. Für moderne MBB-, TOPCon- und großformatige Zellmodule kann eine gut positionierte EL-Inspektionsstrategie versteckte Qualitätsrisiken vor dem Versand erheblich reduzieren.