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  电力 > 如何筛选有瑕疵的电池片及硅片    

如何筛选有瑕疵的电池片及硅片

从成本的角度看,在硅片或电池片进入到生产线前应该进行质量检测。细微的裂纹就会导致硅片或电池片在生产中出现碎裂。减少裂纹的出现,可以节省成本。来自检测设备制造商ruv systems公司的michel van dooren介绍了最新的检测技术。

美国ultrasonic technologies公司与荷兰ruv systems bv公司不久前联合欧洲及亚洲电池及模块生产商针对光伏制造展开了一项研究项目。在这个项目中,他们采用了超声谐振(ruv)技术对出现裂纹的硅片和电池片进行检测,来确定这些裂纹与生产过程中产品出现碎裂是否有直接的关系。检测最终目的是为了确定生产过程中出现的碎裂有哪些是因为制造设备的原因引起的,有哪些是因为待加工产品本身的原因造成的。

结果非常令人吃惊。经检测可以确定电池片和硅片在生产过程中出现的碎裂情况绝大部分是因为加工前硅片及电池片本身就有裂纹的原因造成的。如果将损坏的硅片或电池片筛选下来的话,生产中产品的碎裂率将大幅下降(据称可以降低21%,甚至在某些情况下可以降低88%)。

实验结果还表明造成硅片或电池片碎裂的另外一个原因来自加工设备本身。

电池片及硅片的来料检测

该调研项目表明太阳能光伏制造行业每天都会浪费大量的投入,在某些情况下,有些硅片及电池片都没能顺利走下生产线。对一条每小时可以生产1,800个电池片的生产线来说,因电池片或硅片上出现裂纹就会使生产商每年损失50~200万欧元。因产品出现裂纹而在后期导致的产品质量问题,以及因模块电量降低而导致的索赔等还没有包括在内。

虽然对加工设备进行调试可以提高整体的产量,但是我们应该将重点放在流程的改进上,尤其是应该对硅片及电池片进行进厂及出厂检测。

超声波分析

项目开展的最初,针对如何通过超声波来确定太阳能电池片及硅片中裂纹问题进行了大量的工作。最终,来自乌克兰的研究人员sergei ostapenko博士取得了突破性的进展。ostapenko博士自2002年开始在美国tampa市的南佛罗里达大学开始学术研究工作。

基于ostapenko博士的研究结果,研究人员开发了超声谐振(ruv)技术以及相关的分析软件。超声谐振技术可以在硅片高速振动下对其共振模式进行测量,记录下来的数据通过软件进行自动处理与分析。

2008年,ruv systems bv公司在荷兰成立,致力于将ruv技术运用到硅片电池及模块的生产中。测试结果表明在检测产品内部裂纹方面,该技术又取得了更大的进步,而且较以前更加可靠。

2009年上半年,ruv systems bv公司发布了一项研究报告,公布了公司通过晶体硅频率响应曲线采用超声波分析所进行的技术改进测试结果。

研究结果是什么?

硅片是降低太阳能电池总成本的关键。此外,硅的价格近来因多晶硅原料供应的下降而出现大幅上升。虽然硅的价格近来逐渐跌落到相对较合理的水平,但是对于光伏行业来说,要想降低光伏电池成本,减少硅原料的使用量依然是关键。

此外,太阳能硅片的厚度越来越薄,目前的厚度仅为150微米,而同时硅片的面积却在增加。

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这种发展趋势大大增加了硅片的加工难度,增加了硅片及电池片碎裂的可能性,产能也因此受到影响。

ruv技术专门为在线非破坏性裂纹检测而开发。其方法是将有裂纹硅片与同质无裂纹硅片的共振频率响应曲线进行对比,看是否有偏离。sergei ostapenko表示,“可以拿有裂纹的酒杯为例,有裂纹的酒杯与好的酒杯敲起来的响声是不一样的。硅片和电池片的检测原理上基本相同,当然检测采用的是超声波频率,而不是正常的声音,因此耳朵是分辨不出来区别的。频率越高,声音的波长越短,细小裂纹检测的灵敏度越高。”

ruv技术与其他裂纹检测方法有本质的区别。一般的检测都采用视觉观察或光学成像的方法。这种检测方法与ruv技术相比要稍逊,因为前者不仅在检测裂纹方面的可靠性不高,而且效率也不够高,无法满足在线生产周期的要求。

晶锭在被切割成硅片后,那些在结构上不稳定的硅片在被输送到电池片加工工序前就可以通过ruv技术检测出来。此外,硅片和电池片的物理结构瑕疵(比如裂纹)还可以在加工过程中被检测出来,这样就可以避免在生产线上出现碎裂。有裂纹的电池片在层压到模块里之前也可以被检测出来,这样可以避免电池组效率出现下降或产品从用户处退回来的现象出现。此外,还可以用于对造成产品出现裂纹的设备进行评估,以及硅片和电池片供应商的评估。

参与ruv测试项目的合作公司有意大利的helios technology公司、比利时的photovoltech公司(两家均为电池片生产商)、荷兰的ubbink solar公司(centrosolar集团子公司)以及德国的solar fabrik公司(两家均为电池模块生产商)。该项目最初的目的是为了降低硅片 —电池片及电池片 — 模块生产中的碎裂率。

用于测试的硅片或电池片的数量最少为2000片(最多达5000片)。为了达到最好的对比效果,这些硅片或电池片都来自同一块或同一批晶锭,并分成两组,分别为测试组和用于对比的参照组。测试组采用ruv进行裂纹测试,另外一组不进行检测。然后两组都放到生产线上进行加工,同时进行碎裂监测。

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为了获得最佳的灵敏性设置,测试反复进行,同时对ruv测试系统进行微调,使有裂纹的硅片或电池片的淘汰率尽量接近碎裂率的降低比例。在电池片和电池模块生产过程中,这些测试可以实现将碎裂率降低88%,表明测试组与参照组碎裂率之间的差距。除了可以直接帮助硅片、电池片及电池模块制造商(还包括设备制造商)带来成本的节省外,这项技术还可以帮助他们认识到哪些碎裂是因为硅片或电池片因出现裂纹而导致的,哪些是因为设备原因导致的。

如果仅仅为了降低碎裂率,ruv测试装置根本不需要发挥其最高性能。ostapenko表示,“根据电池片或硅片间频率的不同,ruv测试装置的灵敏度仅设置为50%左右即可”。这就是说ruv技术不仅仅可以用于降低碎裂率,还可以检测出那些比较细小、不会在生产中导致产品碎裂的裂纹。一般来说,在太阳能光伏市场中,对裂纹长度和其带来的长期影响之间的关系缺乏足够的认识,比如对电池效率的影响,或者细小的裂纹在使用过程中经过时间流逝及温度的变化会发生怎样的变化等。换句话说,裂纹长度小于多少是没事的,大于多少会有问题,对此我们缺乏认识。

一旦要在生产线上筛选出带有更细小裂纹的产品,ruv技术就可以带来附加的价值。此前曾经在西班牙、美国及中国做的实验表明ruv对细小裂纹检测的可考虑高达95%。此外有些初步的检测结果(依然需要得到进一步的验证)显示,如果通过ruv将生产中带有细小裂纹的电池片筛选掉的话,电池模块的效率会得到增加。

责任

ruv systems公司是ultrasonic technologies inc.和rimas systems bv两家公司共同建立的合资公司。

rimas systems公司ceo mark verstraten说,“我们寻求这样一种可靠的裂纹检测方法的原因很简单。rimas公司本身是一家完整电池模块生产线供应商。作为一家系统集成商,我们深深感到对采用我们生产线生产电池模块最终质量应肩负起的责任感。也就是说,我们需要控制进厂电池片的质量,这些电池片的质量似乎很不稳定。光学检测方法无法达到我们的要求,因此我们就想寻求一种更可靠的方式。一个偶然的机会,我们认识了sergei ostapenko博士。他也在为其研发的超声波技术商业化寻找合作伙伴。”

ruv还有全自动的离线标准配置。ruv在线系统是根据客户的需求和生产线要求设计的。

 


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