太陽光パネルに通電すると隠れたセルクラックが明らかになるのはなぜか？

工場を出荷する前に、太陽電池パネルは2つの主要な品質チェックを受けます。1つは簡単な目視検査です。もう1つは、今日お話しする通電試験です。技術的な名称はEL試験です。ELは電界発光（Electroluminescence）の略です。

1. EL試験の背後にある科学

結晶シリコン太陽電池は、本質的にPN接合半導体です。双方向の光電特性を持っています。日常使用では、太陽光がパネルに当たり、光起電力効果を引き起こし、光エネルギーを電気に変換します。

EL試験はこの物理プロセスを逆にします。外部電源がモジュールに順方向直流電流を印加します。これにより、セルに電子と正孔が注入されます。これらの電荷キャリアはPN接合で再結合し、光子としてエネルギーを放出し、電界発光効果を生み出します。

ここが重要な点です。シリコンセルに電力が供給されると、放出される光は近赤外線で、波長は約1100〜1150nmです。この特定の帯域は人間の視覚では完全に認識できません。この光をまったく知覚できません。モジュールが完全に電力供給され発光していても、肉眼ではただの普通のガラスのように見えます。明るいまたは暗いパターンは見えません。

そのため、単に電力を印加するだけでは不十分です。特殊な赤外線撮像カメラに頼る必要があります。EL装置は、近赤外線に敏感なCMOSまたはCCDカメラをIRフィルターと組み合わせて使用します。完全に暗い環境で長時間露光の撮影を行います。この設定により、目に見えない赤外線信号がモニター上の鮮明な白黒画像に変換されます。

2. なぜEL試験が必要なのか？

太陽電池パネルのCTスキャンと考えてください。外部からは見えない欠陥がEL試験で明確になります。いくつかの一般的なEL欠陥を見てみましょう：マイクロクラック、コールドはんだ付け、断線したグリッド線。

マイクロクラック：これらは機械的ストレスによってシリコン本体に生じた微細なクラックです。セルは完全には割れていないため、表面は正常に見えます。しかし、結晶格子はすでにひび割れています。シリコン基盤への実際の損傷であるため、ELカメラで簡単に検出できます。EL画像では、マイクロクラックは明確な黒い線として表示されます。

コールドソルダリング（冷間はんだ付け）：これは、はんだリボンとセルのメインバスバーとの間に良好な合金接合が形成されない場合に発生します。機械的には接触していますが、電気的接続は弱いです。EL画像では、コールドソルダリングは局所的な暗いスポットや暗い線として現れます。通常、グリッド線に沿って見られ、不規則で途切れた黒い線や点状のパッチとして表示されます。

グリッド線の断線：セル上の微細な銀グリッド線が切れることがあります。これが発生すると、電流収集経路が遮断されます。これはほぼ常に原材料の欠陥です。ELスキャンでは、メインバスバーに垂直に走る黒いまたは暗い領域として確認できます。

約15年前、買い手がEL検査を求めることはほとんどありませんでした。今日では、パネル出荷時の絶対的な必須項目であり、ライン上で100%の能力でテストされています。マイクロクラック、コールドソルダリング、グリッド線の断線などの問題は、モジュールの出力を大幅に低下させ、長期的な信頼性を損なう可能性があります。

Ooitechの見解

品質管理ハードウェアは、TOPConやHJTなどの現代の高効率セル構造に対応するために大幅に進化しました。ELテスターにパネルを通すことは、単に欠陥を検出するだけではなくなりました。上流のタバーストリンガーやラミネーターのパラメータをリアルタイムで微調整することも重要です。ELデータが生産ラインのメイン制御システムに直接フィードバックされ、機械的ストレスの繰り返しを防ぐことで、工場の歩留まりは大幅に向上します。