太陽電池に通電すると隠れたセルが明らかになる理由
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簡単な回答： ソーラーパネルに通電し、その自らの発光を撮影することで、目視検査では見つけられない欠陥が明らかになります。エレクトロルミネッセンス検査では、モジュールに電流を注入してセルに赤外光を発光させ、カメラで約1150 nmの波長のその発光を撮像します。クラック、フィンガーの断線、接触不良のはんだ接合部は、そこを流れる電流が少なく発光も少ないため、暗い特徴として現れます。これが重要な理由は、これらの欠陥が目には見えず、電力測定でもほとんど検出できないことが多いからです。セルにクラックがあるモジュールでも、定格出力に近い電力を生成しながら、成長する欠陥を抱えている可能性があります。だからこそEL検査はフラッシュ検査を置き換えるのではなく、それと並行して行われます。一方は出力を測定し、もう一方は出力がどこに隠れているかを見つけ出すのです。
PV モジュール製造 · Jerry、Ooitech 著
工場出荷前に、ソーラーパネルは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内容、つまり通電テストです。この技術的な名称はELテストです。ELは エレクトロルミネッセンス.
1. EL検査の背後にある科学
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検査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の直流電流を印加します。これにより電子と正孔がセルに注入されます。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、エレクトロルミネッセンス効果を生み出します。
ここがポイントです。シリコンセルに通電すると、放出される光は近赤外線で、波長は約1100-1150nmです。この特定の帯域は完全に人間の視覚の外にあります。私たちはこの光を全く知覚できません。モジュールが完全に通電されて光っていても、肉眼ではただの普通のガラスに見えるだけです。明るい模様や暗い模様は見えません。
だからこそ、ただ通電するだけでは全く不十分です。私たちは専用の赤外線イメージングカメラに頼らなければなりません。EL装置は近赤外線に敏感なCMOSまたはCCDカメラとIRフィルターを組み合わせて使用します。完全に暗い環境で長時間露光撮影を行います。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検査が必要なのか？
太陽光パネルのCTスキャンのようなものだと考えてください。外側からは見つけられない欠陥が、EL検査を通じて鮮明になります。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、冷間はんだ付け、断線したグリッドラインです。
マイクロクラック：これらは機械的応力によってシリコン本体に生じた微細な亀裂です。セルは完全に割れていないため、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。シリコンベースへの実際の損傷であるため、ELカメラは容易に捉えます。EL画像では、マイクロクラックははっきりとした黒い線として現れます。
はんだ付け不良（コールドソルダリング）：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、電気的接続は弱い状態です。EL画像では、コールドソルダリングは局所的な暗い斑点や暗い線として現れます。通常、グリッド線に沿って走り、不規則で途切れた黒い線や点状の斑として見えます。
グリッド線の断線：セル上の細い銀グリッド線が断線することがあります。これが起こると、電流収集経路が遮断されます。これはほとんどの場合、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、購入者が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、パネル出荷には絶対に欠かせないものとなり、ライン上で100%の容量で検査されています。マイクロクラック、コールドソルダリング、グリッド断線などは、モジュールの出力を深刻に低下させ、長期的な信頼性を損ないます。
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アーキテクチャに対応するために劇的に進化してきました。パネルをELテスターに通すことは、もはや欠陥を検出するだけではありません。上流の タバーストリンガー および で行われます。 パラメータをリアルタイムで微調整することでもあります。ELデータが生産ラインの主制御システムに直接フィードバックされ、繰り返し発生する機械的ストレス問題を防ぐことで、工場の歩留まりは大幅に向上します。
