PVモジュール信頼性試験：完全リスト、各試験が引き起こす故障、および自社内で実施可能な試験
目次
PVモジュール信頼性試験は、それぞれがモジュールの特定部分を破壊するように設計された、固定された加速試験のリストに帰着し、それぞれが同じ4つの測定値を通じて読み取られます。IV電力、エレクトロルミネッセンス、外観検査、絶縁抵抗です。 IEC 61215は認定のベースラインを定め、顧客仕様やPVELなどの第三者プログラムがそれに厳しさを上乗せします。以下に完全な試験リスト、各試験が実際に何を破壊しようとしているのか、そしてモジュールのどちら側 — セルかラミネートか — が通常先に故障するのかを示します。
まずこれを読んでください：略語は標準化されていません
表の前に、調達会議での多くの混乱を防ぐ警告を1つ。これらの試験の業界略語は一貫性なく使われており、その一部は参照すると主張する標準と矛盾しています。
IEC 61215-2はその手順をMQT項目として番号付けしています。関連するものは以下のとおりです。
| IEC 61215-2手順 | MQT番号 |
|---|---|
| ホットスポット耐久試験 | MQT 09 |
| 温度サイクル試験 | MQT 11 |
| 湿度-凍結試験 | MQT 12 |
| 耐湿熱試験 | MQT 13 |
| 湿潤漏れ電流試験 | MQT 15 |
| 機械的荷重試験 | MQT 16 |
| 降雹試験 | MQT 17 |
| バイパスダイオード熱試験 | MQT 18 |
次に、同じ試験が見積もりパッケージや社内報告書で一般的にどのように書かれているかと比較してください。
- HF は日常的に 降雹を意味するために使われます。IEC 61215では、HFは 湿度-凍結 サイクル（MQT 12）です。降雹衝撃はMQT 17であり、HFの呼称はありません。
- DH は時々 凍結ステップ付き耐湿熱を意味するために使われます。耐湿熱はMQT 13であり、凍結ステップは別個の湿度-凍結試験（MQT 12）です。
- HS は ホットスポット および 湿度浸漬の両方に使われ、湿度浸漬はIEC 61215の手順名ではまったくありません — 標準の耐湿熱手順はDHです。
これは決して揚げ足取りではありません。試験仕様書にHFと書いてあり、サプライヤーがそれを湿度-凍結と読み、顧客が降雹と読むなら、その違いは認定報告書で発覚するのであって、見積もり時ではありません。 略語ではなくMQT番号を書いてください。
認定試験
| 試験 | 何を模擬するか | 一般的な厳しさ | IEC参照 |
|---|---|---|---|
| 温度サイクル（TC） | 昼夜および季節の温度変動 | −40 °C～+85 °C；認定には200サイクル、スクリーニングには50サイクル | MQT 11 |
| 湿度-凍結（HF） | 水分が存在する状態での凍結融解 | 湿潤暴露後の凍結段階を含むサイクル | MQT 12 |
| 耐湿熱（DH） | 高温多湿の沿岸または熱帯気候 | 85 °C / 85 %RHで1,000 h；顧客はしばしば2,000 hまで延長 | MQT 13 |
| ホットスポット耐久 | 部分的な日陰がセルを逆バイアスに追い込む | 1つのセルを1 sunで5 h部分的に日陰にする | MQT 09 |
| 降雹衝撃 | 氷による機械的衝撃 | 規定の衝撃点における指定の氷球質量と速度 | MQT 17 |
| 機械的荷重 | ラミネートへの風圧および雪圧 | 均一荷重、通常2,400 Pa以上、前面および背面 | MQT 16 |
| UV前処理 | 長年の紫外線暴露 | 規定のUV線量、両面発電では前面および背面 | IEC 61215-2 |
| 湿潤漏れ電流 | 湿潤条件下での絶縁完全性 | モジュールを湿潤させた状態で測定した絶縁抵抗 | MQT 15 |
| バイパスダイオード熱 | 持続的なバイパス電流下でのダイオード発熱 | 温度監視を伴うダイオードへの強制電流 | MQT 18 |
このリストについて2つのことを率直に述べておく価値があります。TC50は社内開発のためのスクリーニング試験であり、 TC200が認定に必要なものです。 そしてDH1000は認定のベースラインです — DH2000を求める顧客は2倍の暴露を求めているのであり、これは書類上の作業ではなく実際の工学的な違いです。
拡張試験および市場固有の試験
これらはIEC 61215の認定要件ではありません。第三者プログラム、顧客仕様、または仕向地市場から来るものであり、多くの入札要件が実際にここに存在します。
| 試験 | なぜ要求されるのか | 注記 |
|---|---|---|
| PID、延長時間 | 高電圧システムストレス、ナトリウムイオン移動 | 第三者プログラムは通常、85 °C / 85 %RHで192 h、−1,000 Vまたは−1,500 Vを印加して実施され、標準のより短い時間と対比されます。ユーティリティ規模の入札で頻繁に要求されます |
| 耐湿熱、延長 | 認定暴露の2倍 | 1,000 hがベースライン；2,000 hは顧客による延長 |
| 塩害腐食 | 沿岸および洋上設置 | IEC 61701 — 金属化、フレーム、相互接続部を侵す |
| アンモニア腐食 | 農業および家畜隣接サイト | IEC 62716 — 金属化、封止材、フレームを侵す |
| 砂および粉塵 | 砂漠および乾燥サイト | 反射防止コーティングとガラスの摩耗、および堆積 |
| 積雪荷重 | 持続的な静的荷重であり、繰り返し荷重ではない | 繰り返しサイクルではなく長時間の静的たわみ |
| 浸漬 | 洪水リスクおよび浮体式アプリケーション | 完全な封止失敗が故障モード |
| インパルス / サージ | 雷誘導過渡現象 | ジャンクションボックスの保護と絶縁間隔 |
実際に故障するもの：セル側とモジュール側
これは生産において最も重要な部分です。なぜなら、故障がセルサプライヤーを指すのか、自社のラミネーションおよび組立ラインを指すのかを教えてくれるからです。以下の表は、これらの試験に関する中国業界の編集物で報告された故障原因を試験別に再編成してまとめたものです。
| 試験 | セル側の原因 | モジュール側の原因 |
|---|---|---|
| 光誘起劣化（LID） | ホウ素ドープシリコン中で光により活性化されるホウ素-酸素複合体；高酸素含有量；焼結およびアニールのオフウィンドウ；ウェーハ内の金属汚染 | セルのアニール状態を変化させるラミネーションおよび硬化温度；ラミネート内の不利な水素環境が欠陥活性化を加速 |
| LeTID、後期劣化 | ウェーハ内の水素分布；焼結およびアニールパラメータのドリフト；炭素および金属汚染 | 追加の水素を供給する封止材の分解；反応を加速する持続的な高温動作 |
| PID | 密度が不十分またはピンホールを含むパッシベーション層；エッジ漏れを引き起こす不完全なエッジアイソレーション；不十分なパッシベーション絶縁抵抗 | ソーダ石灰ガラスからのナトリウム放出；封止材の低体積抵抗率；湿気侵入を許すエッジシール故障；不十分なフレーム接地 |
| ダンプヒート | 弱いエッジパッシベーション；腐食しやすい金属化；不十分なエッジ絶縁 | 不十分なバックシート防湿層；エッジシーラント故障；酢酸を生成する封止材の加水分解；不完全なラミネーションによるボイド |
| ホットスポット | 高い逆方向漏れ電流；汚染または局所的低電流領域；電流ミスマッチを生じる破断フィンガーとマイクロクラック | ストリング内の電流ミスマッチ；誤ったバイパスダイオード選定または冷はんだ接合；持続的な外部遮蔽または汚れ |
| マイクロクラック（ELで検出） | 薄型ウェーハの脆性；印刷および焼結による残留応力；切断、選別、輸送時のハンドリング損傷 | 不均一なラミネーション圧力；リボンはんだ付けによる引張応力；フレーミング、ハンドリング、機械的荷重時の応力；ラミネーション後の冷却応力 |
| UV劣化 | UV安定性が不十分な反射防止コーティング；光学吸収を高める屈折率シフト | 封止材またはバックシート中の不十分なUV安定剤；透過率を低下させる黄変；湿気を侵入させるバックシートのひび割れ |
| 熱サイクル | セル内の残留応力；金属化とシリコン間の熱膨張ミスマッチ | リボン、セル、ガラス、封止材間の膨張ミスマッチ；応力を集中させる冷はんだ接合；残留ラミネーション応力 |
| 降雹衝撃 | 衝撃強度が低い薄型ウェーハ；到着時に既に存在するマイクロクラック；残留プロセス応力 | 不十分なガラス厚または不十分な強化；エネルギーを吸収するには硬すぎるか薄すぎる封止材；弱いフレーム支持；不適切なセル間隔 |
| 機械的荷重 | 既存のマイクロクラック；たわみ下での低いウェーハ強度 | 不十分なフレーム強度または接着；不適切なセル間隔設計；不十分なバックシート剛性；内部ラミネーション応力 |
| 塩害 | 塩化物攻撃に脆弱な銀および銀-アルミニウムフィンガー；弱いエッジ保護；低い焼結ペースト密度 | 損傷したフレーム陽極酸化；フレームまたはバックシート封止の故障；ジャンクションボックス封止欠陥；リボンコーティング腐食 |
| アンモニア | アンモニアと湿気下での金属化およびパッシベーション劣化 | 封止材およびバックシートの透過性；フレームおよび材料の反応；加速された加水分解 |
| 湿潤漏れおよび絶縁 | 不完全なエッジアイソレーション；不十分なエッジ絶縁；部分放電を引き起こすバリおよび鋭利なエッジ | 不十分またはピンホールの影響を受けた絶縁層；過剰なフレーム接地抵抗；ジャンクションボックス内の不十分な沿面距離 |
| 剥離および接着 | 封止材の接着を弱めるセルコーティングの低表面エネルギー | 目標未満のラミネーション温度、時間、または圧力；不十分なガラスまたはバックシート表面処理；封止材配合のミスマッチ |
2つの列を読み下すと、その分割は一貫しています： セル列は材料品質と熱履歴に関するものであり、モジュール列は界面、封止、応力、プロセスウィンドウに関するものです。 これが、この表が実際にエンコードしている実用的な診断ルールです。
自社で試験できるもの、できないもの
ほとんどの工場は信頼性試験を研究所で行われるものとして扱っています。実際にはその分割は異なり、その境界がどこにあるかを知ることで、故障への対応速度が変わります。
チャンバーまたはラボが必要な試験
熱サイクル、湿度-凍結、湿熱、PID、塩害、アンモニア、UV前処理はすべて、校正された制御と長時間の無人運転を備えた環境チャンバーを必要とします。これらを日常の生産チェックとして実施する人はいません。
ライン上で実施できる、また実施すべき試験
読み出し測定値 — 上記のすべての試験が判定される4項目 — はすべて生産対応可能です：
- IV電力および電気性能。 A+A+A+クラスのシミュレータとIVテスタは、すべての試験結果が基準として表現される電力測定を提供します。当社の XJCM-13A+モジュールIVテスタ、 OTMT-A太陽光シミュレータ と ST-TLD3A+ IVテスタ は、生産レートでのインラインまたはオフライン使用向けに設計されています。
- エレクトロルミネッセンス。 ELは、マイクロクラック、破断フィンガー、非活性領域、PID影響セルが実際に発見される方法です。インラインELおよびVI検査、スタンドアロンモジュールELステーション（例： OEL-S2400）、およびフィールドまたは受入検査用のハンドヘルドユニットは、3つの異なる作業です。 ポータブルELテスタ は、ラインを停止せずに受入セルと返品モジュールをチェックするために使用するものです。
- 絶縁、ヒポット、接地導通。 これらは安全読み出し値であり、モジュールごとに実行できるほど高速です。 CHT9980A総合安全テスタ は、ヒポット、絶縁、接地導通を1つのステーションでカバーします。 CHT9951A および CHT9930A は個別機能をカバーします。
- 外観検査。 依然として必須の読み出し値であり、依然として最も安価なものです。
社内試験が実際に元が取れる場所
2つの状況。第一に、顧客がモジュールを返品した場合、またはバッチが目的地で不合格になった場合：自社のELおよびIV能力があれば、サンプルを送って待つのではなく、数時間で故障を特性評価できます。第二に、材料を変更する場合 — 新しい封止材、より薄いウェハ、異なるリボン — 自社ラインでの変更前後のIVおよびEL比較により、プロセス関連の故障モード（ラミネーションボイド、はんだ応力、ハンドリングクラック）をチャンバー試験よりずっと早く捕捉できます。
社内試験でできないことは、チャンバー試験の代用です。何かが変化したことはわかりますが、85 °Cおよび85 %RHで1,000時間後のモジュールの挙動はわかりません。
信頼性レポートの読み方
どの試験であれ、レポートは以下の質問に答えている場合にのみ意味があります：
- どの手順でどの改訂版か？ MQT番号と標準年。IEC 61215-2は改訂されており、結果は改訂版間で互換性がありません。
- 変更前と変更後の4つの読み出し値は何だったか？ IV電力、EL、外観、絶縁抵抗。電力だけの合格は、フィールド故障を予測するELの変化を隠す可能性があります。
- 合格基準は何で、誰が設定したか？ 標準基準と顧客基準は通常異なります。5 %の電力劣化限界は一般的ですが、普遍的ではありません。
- サンプル数はいくつで、どの生産期間からか？ ある午後に製造された3つのモジュールからの結果は、その午後のサンプルです。
- 故障があった場合、それは何で、テーブルのどちら側に落ちたか？ ここで上記のセル対モジュールの分割が役立ちます：誰が行動する必要があるかを示します。
よくある質問
IEC 61215は信頼性標準か安全標準か？
IEC 61215は設計認定および型式承認です — 記載されたストレスに設計が耐えられることを確立します。安全はIEC 61730です。モジュールには両方が必要であり、一方の合格は他方について何も言いません。
TC50とTC200の違いは何か？
サイクル数のみですが、目的が異なります。TC50は開発およびスクリーニング試験で、明らかな材料およびはんだ問題を迅速に捕捉するために使用されます。TC200はIEC 61215に基づく認定要件です。TC50の合格はTC200の合格を意味しません。
標準がより短いのに、なぜ顧客は192時間でのPIDを求めるのか？
標準期間は認定の下限として設定されており、ユーティリティ規模の購入者は下限レベルの試験では予測できなかったフィールドPID故障を経験しているためです。拡張PIDは、通常高電圧および85 °C / 85 %RHで、IEC要件ではなく顧客または第三者プログラムの要件です。
LIDはN型モジュールにとって重要か？
ホウ素-酸素LIDは主にホウ素ドープP型の問題です。TOPConやヘテロ接合などのN型セルはほとんど影響を受けません。これが業界が移行した理由の1つです。N型で注意すべき劣化メカニズムはLeTIDで、ホウ素-酸素複合体ではなく水素の挙動が損失を引き起こします。
チャンバーなしでモジュールを認定できるか？
いいえ。チャンバー試験が認定です。チャンバーなしでできることは、ELとIVでプロセス起因の故障モードを早期に検出し、顧客が実行するチャンバー試験に不合格となるモジュールの出荷を避けることです。
この記事の故障原因の内容はどこから来ているか？
統合された試験リストとセル側対モジュール側の故障原因は、以下によって公開された中国業界の編纂物から引用されています： 新能供应链、標準指定はIEC 61215-2手順リストに対して修正されています。ここに引用された深刻度の数値と合格基準は典型的な業界値であり、標準テキストや顧客仕様の代用ではありません。出典と標準が略語で一致しなかった場合、標準に従い、上記でそのように述べています。
