晶体硅光伏电池电致发光测试方法【报批稿】

ICS 27.160F12团 体 标 准T/CPIA 00XX— 201X晶 体 硅 光 伏 电 池 电 致 发 光 测 试 方 法 Test method of electroluminescence (EL) imaging for crystalline siliconphotovoltaic cells（ 报 批 稿 ）（ 2019.12） 201X-XX-XX发 布 201X-XX-XX实 施中 国 光 伏 行 业 协 会 发 布 T/CPIA 00XX—201X II 前 言本 标 准 按 照 GB/T 1.1-2009 给 出 的 规 则 编 写 。请 注 意 本 文 件 的 某 些 内 容 可 能 涉 及 专 利 。 本 文 件 的 发 布 机 构 不 承 担 识 别 这 些 专 利 的 责 任 。本 标 准 由 中 国 光 伏 行 业 协 会 标 准 化 技 术 委 员 会 归 口 。本 标 准 起 草 单 位 ：本 标 准 主 要 起 草 人 : T/CPIA 00XX—201X III 目 次前 言 .II1 范 围 .12 规 范 性 引 用 文 件 .13 术 语 和 定 义 .14 样 品 准 备 .35 测 试 设 备 .36 测 试 步 骤 .57 图 像 处 理 .58 报 告 .6附 录 A (规 范 性 附 录 ) 定 量 计 算 晶 体 硅 光 伏 电 池 电 致 发 光 图 像 清 晰 度 .7附 录 B (规 范 性 附 录 ) 定 性 解 释 晶 体 硅 光 伏 电 池 电 致 发 光 图 像 .9 T/CPIA 00XX—201X 1 晶 体 硅 光 伏 电 池 电 致 发 光 测 试 方 法1 范 围本 标 准 规 定 了 晶 体 硅 光 伏 电 池 的 电 致 发 光 测 试 方 法 ， 包 括 定 量 采 集 电 致 发 光 图 像 、 处 理 图 像 以 获 得相 关 的 量 化 指 标 等 。 本 标 准 提 供 导 则 以 定 性 解 释 电 致 发 光 图 像 中 观 察 到 的 特 征 。本 标 准 适 用 于 实 验 室 未 封 装 和 单 片 封 装 的 晶 体 硅 光 伏 电 池 的 测 试 ， 生 产 线 可 参 考 使 用 。2 规 范 性 引 用 文 件 下 列 文 件 对 于 本 文 件 的 应 用 是 必 不 可 少 的 。 凡 是 注 日 期 的 引 用 文 件 ， 仅 注 日 期 的 版 本 适 用 于 本 文 件 。凡 是 不 注 日 期 的 引 用 文 件 ， 其 最 新 版 本 （ 包 括 所 有 的 修 改 单 ） 适 用 于 本 文 件 。GB/T 2297 太 阳 光 伏 能 源 系 统 术 语GB/T 29195 地 面 用 晶 体 硅 太 阳 电 池 总 规 范GB/T 29298-2012 数 字 （ 码 ） 照 相 机 通 用 规 范T/CPIA 0009-2019 电 致 发 光 成 像 测 试 晶 体 硅 光 伏 组 件 缺 陷 的 方 法IEC 60904-1： 2006 光 伏 器 件 -第 1部 分 ： 光 伏 电 流 -电 压 特 性 的 测 量 （ Photovoltaic devices -Part1: Measurement of photovoltaic current-voltage characteristics）IEC TS 60904-13 光 伏 器 件 -第 13部 分 ： 光 伏 组 件 的 电 致 发 光 （ Electroluminescence of photovoltaic modules）3 术 语 和 定 义GB/T 2297， GB/T 29298-2012， T/CPIA 0009-2019界 定 的 以 及 下 列 术 语 和 定 义 适 用 于 本 文 件 。3.1 正 向 注 入 电 流 forward injection current通 过 施 加 正 向 偏 置 电 压 而 产 生 的 注 入 电 流 。 注 ： 偏 置 分 为 两 种 类 型 ： 正 向 偏 置 是 指 电 池 在 测 试 时 ， 电 源 引 出 线 与 电 池 的 相 同 极 性 电 极 相 连 。 反 向 偏 置 是 指 电 池在 测 试 时 ， 电 源 引 出 线 与 电 池 的 相 反 极 性 电 极 相 连 。 T/CPIA 00XX—201X 2 3.2 渐 晕 vignetting图 像 边 缘 强 度 相 比 于 图 像 中 心 强 度 减 小 的 现 象 。3.3 灰 度 值 gray level指 黑 白 图 像 中 点 的 颜 色 深 度 。 范 围 一 般 从 0～ 255， 白 色 为 255， 黑 色 为 0， 故 黑 白 图 片 也 称 灰 度图 像 。 3.4 清 晰 度 sharpness清 晰 度 是 指 ， 宏 观 看 到 的 图 像 的 清 晰 程 度 ， 是 由 系 统 和 设 备 的 客 观 性 能 的 综 合 结 果 造 成 的 人 们 对 最终 图 像 的 主 观 感 觉 。注 ： 图 像 清 晰 度 的 计 算 方 法 和 分 类 参 照 IEC TS 60904-13， 清 晰 度 的 定 量 计 算 参 考 附 录 A。3.5 空 间 分 辨 率 resolution 空 间 分 辨 率 是 指 区 分 细 节 的 能 力 。注 ： 空 间 分 辨 率 的 量 化 方 式 可 参 考 标 准 T/CPIA 0009-2019的 5.2.1.1章 节 和 附 录 B内 容 。3.6 视 场 field of view相 机 到 待 测 平 面 的 两 束 入 射 光 线 之 间 的 最 大 夹 角 ， 可 描 述 相 机 所 拍 摄 场 景 的 角 度 范 围 。4 样 品 准 备测 试 样 品 的 准 备 应 满 足 以 下 要 求 ： a） 测 试 样 品 为 单 片 晶 体 硅 电 池 片 ；b） 测 试 晶 体 硅 电 池 外 观 应 符 合 GB/T 29195-2012中 4.1.5 的 规 定 ；c） 测 试 电 池 样 品 表 面 需 保 持 清 洁 ， 无 明 显 的 裂 痕 或 异 物 等 。5 测 试 设 备 T/CPIA 00XX—201X 3 5.1 总 则测 试 设 备 由 成 像 系 统 、 暗 室 、 电 源 、 图 像 处 理 系 统 等 组 成 ， 如 图 1所 示 。 接 线 方 式 参 见 3.1的 规 定 ，应 结 合 电 池 类 型 （ 例 如 MWT， IBC等 特 殊 电 极 结 构 进 行 有 效 连 接 ） 及 后 续 电 池 应 用 过 程 中 的 实 际 受 光 面 进行 测 试 。 图 1 测 试 设 备5.2 成 像 系 统5.2.1 相 机相 机 的 探 测 器 应 对 波 长 范 围 为 900nm～ 1200nm的 光 敏 感 ， 对 应 于 晶 体 硅 电 池 电 致 发 光 的 波 长 范 围 。相 机 位 置 相 对 于 电 池 平 面 的 视 角 ， 宜 与 待 测 电 池 表 面 正 交 。 相 机 相 对 于 电 池 平 面 法 线 的 最 大 视 角 应小 于 50° 。 拍 摄 EL图 像 时 应 从 电 池 受 光 面 进 行 。 如 果 是 双 面 电 池 ， 也 可 从 电 池 的 反 面 拍 摄 。5.2.2 镜 头 应 根 据 设 备 几 何 尺 寸 选 择 合 适 的 镜 头 ， 宜 使 用 高 分 辨 相 机 搭 配 广 角 镜 头 以 获 得 更 大 的 视 场 。镜 头 上 不 应 有 对 900nm～ 1200nm红 外 辐 射 波 段 强 吸 收 的 涂 层 或 滤 光 片 。 镜 头 上 需 要 设 置 可 滤 除 待 测波 长 以 外 的 光 线 的 滤 光 片 。注 ： 焦 距 较 长 的 镜 头 引 起 的 图 片 畸 变 较 少 ， 拍 摄 的 图 像 更 精 确 ， 无 需 后 处 理 修 正 。 部 分 光 圈 较 大 的 镜 头 会 产 生 渐 晕 ，部 分 广 角 镜 头 会 产 生 图 像 畸 变 ， 需 要 后 处 理 修 正 。5.3 暗 室可 通 过 利 用 设 备 箱 体 结 构 设 计 、 帘 子 、 挡 板 等 制 造 暗 室 环 境 ， 消 除 测 试 设 备 拍 摄 环 境 的 杂 散 光 对 拍摄 结 果 的 影 响 。 T/CPIA 00XX—201X 4 5.4 电 源使 用 直 流 电 源 ， 并 能 够 提 供 大 于 待 测 电 池 的 短 路 电 流 (Isc)的 电 流 强 度 。 当 给 待 测 电 池 通 有 Isc的 正 向电 流 时 ， 待 测 电 池 两 端 电 压 应 约 等 于 其 开 路 电 压 （ Voc） 。宜 使 用 四 线 法 单 独 提 供 电 流 并 测 量 待 测 电 池 的 电 压 。5.5 图 像 处 理 系 统图 像 处 理 系 统 通 过 图 像 处 理 软 件 给 图 像 赋 值 ， 黑 色 表 示 最 弱 的 EL信 号 ， 白 色 表 示 最 强 的 EL信 号 。 赋值 遵 守 线 性 规 则 。 使 用 假 彩 色 标 尺 ， 给 每 个 信 号 水 平 分 配 颜 色 。 电 池 有 效 区 域 的 图 像 数 据 不 应 超 过 相 机探 测 器 上 限 值 ， 避 免 探 测 器 饱 和 。 图 像 处 理 软 件 应 具 有 如 下 功 能 ， 包 括 ： 赋 值 值 域 调 整 、 图 像 裁 剪 、 显 示 图 像 任 一 点 的 EL强 度 、 去 除杂 散 光 及 噪 声 、 图 像 后 处 理 修 正 。 图 像 后 处 理 修 正 包 括 去 除 坏 像 素 点 、 畸 变 修 正 、 渐 晕 修 正 、 帧 间 差 分 、平 行 修 正 等 。 修 正 方 法 参 考 IEC TS 60904-13。5.6图 像 分 辨 能 力图 像 的 分 辨 能 力 反 映 了 EL设 备 成 像 的 等 级 水 平 ， 可 用 3.4或 3.5章 节 中 ， 清 晰 度 或 空 间 分 辨 率 的 方 法进 行 量 化 或 标 定 。 其 中 清 晰 度 根 据 像 素 距 离 和 灰 度 值 分 布 进 行 现 场 设 备 等 级 的 计 算 ， 要 求 清 晰 度 S≤0.5mm以 达 到 EL图 像 采 集 的 基 本 要 求 。 空 间 分 辨 率 可 以 使 用 具 有 相 同 宽 度 并 且 黑 白 相 间 的 线 对 （ lp） 条纹 图 案 进 行 对 标 ， 要 求 对 于 测 试 实 验 室 用 的 隐 裂 检 测 仪 ， 空 间 分 辨 率 应 至 少 为 A 级 ， 具 体 内 容 可 参 考 标 准 T/CPIA 0009-2019。6 测 试 步 骤6.1 EL测 试 设 备 校 准EL测 试 设 备 的 校 准 应 满 足 以 下 要 求 ：a） 确 认 EL检 测 设 备 供 电 正 常 ， 成 像 系 统 正 常 ；b） 确 认 EL检 测 设 备 的 探 针 排 符 合 待 测 电 池 的 电 极 结 构 ；c） 确 认 EL检 测 设 备 暗 室 的 门 能 够 正 常 关 闭 ， 确 保 测 试 过 程 没 有 影 响 成 像 的 杂 散 光 ；d） 样 品 表 面 清 洁 ， 确 认 无 明 显 的 干 扰 测 试 结 果 判 断 的 赃 物 、 异 物 或 裂 痕 等 ； e） 结 合 图 像 清 晰 度 或 空 间 分 辨 率 的 量 化 方 式 对 图 像 分 辨 率 进 行 量 化 确 认 。6.2 参 数 设 置6.2.1 相 机 设 置6.2.1.1 图 像 强 度 调 整 T/CPIA 00XX—201X 5 相 机 的 聚 焦 以 及 焦 点 设 置 应 能 清 晰 的 反 映 被 拍 摄 对 象 的 特 征 。图 像 强 度 与 电 流 强 度 相 关 ： 电 流 强 度 越 大 ， 图 像 强 度 越 高 。 若 电 流 强 度 固 定 ， 可 以 通 过 增 加 曝 光 时间 或 减 小 光 圈 值 来 调 整 图 像 强 度 。 若 固 定 电 流 强 度 和 光 圈 值 ， 可 以 通 过 调 整 曝 光 时 间 来 优 化 图 像 强 度 。图 像 强 度 调 整 后 应 满 足 图 像 信 噪 比 和 清 晰 度 要 求 。6.2.1.2 视 场 优 化在 优 化 后 的 视 场 中 ， 电 池 周 围 不 产 生 EL部 分 的 面 积 比 例 应 小 于 20%。6.2.1.3 曝 光 时 间可 通 过 增 加 曝 光 时 间 以 增 加 图 像 强 度 和 信 噪 比 。 但 曝 光 时 间 不 可 无 限 大 ， 以 避 免 像 素 点 饱 和 。 在 定 性 解 释 图 像 时 ， 图 像 信 噪 比 要 求 为 ： SNR505。6.2.1.4 图 像 分 辨 率图 像 分 辨 率 以 图 像 清 晰 度 或 空 间 分 辨 率 为 核 心 参 数 ， 量 化 EL测 试 设 备 的 信 号 分 辨 能 力 。 对 于 最 终 的输 出 图 像 ， 其 量 化 分 辨 能 力 应 达 到 图 像 清 晰 度 S0.5mm或 测 试 晶 硅 电 池 的 EL测 试 仪 空 间 分 辨 率 至 少 为 A级 的 要 求 。6.2.2环 境 设 置实 验 室 测 试 环 境 要 求 ： a) 环 境 温 度 ： 20℃ ～ 30℃ ；b) 环 境 相 对 湿 度 ： ≤ 75%RH；c) 测 试 环 境 保 持 清 洁 、 无 振 动 ； 样 品 和 相 机 镜 头 不 应 有 灰 尘 ， 测 试 平 台 干 净 、 整 洁 、 光 滑 无 划 痕 。6.3 连 接 电 路将 电 源 的 正 负 引 线 连 接 到 电 池 测 试 平 台 上 ， 电 源 的 正 引 线 与 样 品 的 正 电 极 匹 配 。 探 针 的 布 置 应 匹 配电 池 的 主 栅 线 图 形 设 计 ， 以 便 获 得 均 匀 分 布 的 电 池 输 出 。 对 于 多 主 栅 线 电 池 ， 宜 给 每 个 主 栅 线 匹 配 一 个电 流 探 针 排 ， 每 个 探 针 排 上 设 置 多 个 电 流 探 针 ， 以 确 保 电 流 均 匀 分 配 。 对 于 无 主 栅 、 IBC、 MWT等 类 型 的太 阳 电 池 ， 宜 使 用 合 适 的 导 电 系 统 ， 保 证 探 针 和 电 池 电 极 的 有 效 接 触 ， 达 到 电 流 均 匀 分 布 的 要 求 。 6.4正 向 注 入 电 流 和 成 像应 在 以 下 正 向 注 入 电 流 下 获 取 图 像 :a） 高 电 流 测 试 ： 正 向 注 入 电 流 宜 采 用 （ 0.6−1.2） × 㜠。b） 低 电 流 测 试 根 据 客 户 要 求 设 置 测 试 电 流 ， 低 电 流 测 试 注 入 电 流 宜 采 用 0.1 × 㜠。应 根 据 6.2.1的 要 求 ， 优 化 每 个 正 向 注 入 电 流 下 的 曝 光 时 间 以 获 得 满 足 清 晰 度 或 空 间 分 辨 率 要 求 的 T/CPIA 00XX—201X 6 图 像 。注 ： 局 部 缺 陷 的 存 在 会 影 响 该 区 域 的 EL强 度 。 因 此 EL可 以 反 应 电 池 的 局 部 缺 陷 信 息 ， 定 性 解 释 晶 体 硅 光 伏 电 池 电 致发 光 图 像 的 示 例 参 考 附 录 B。 在 高 正 向 注 入 电 流 下 ， 分 流 或 者 非 发 光 复 合 区 域 会 被 定 位 ， 例 如 断 线 的 高 串 联 电 阻 区 域 ；低 正 向 注 入 电 流 下 ， 串 联 电 阻 差 异 会 引 起 对 比 度 降 低 ， 分 流 会 引 起 整 体 EL强 度 的 降 低 。6.5图 像 处 理采 集 图 像 后 ， 对 图 像 进 行 修 正 ， 显 示 和 优 化 ， 以 达 到 期 望 的 图 像 质 量 。 处 理 后 的 图 像 不 应 失 真 ， 应真 实 反 映 所 测 电 池 片 不 同 部 位 的 电 致 发 光 特 性 。 图 像 处 理 可 参 考 附 录 B中 EL测 试 结 果 示 例 ， 以 最 大 限 度呈 现 不 同 EL测 试 信 号 的 形 貌 为 原 则 ， 完 成 图 像 处 理 。 7 报 告测 试 报 告 由 测 试 实 验 室 或 机 构 编 制 ， 每 份 测 试 报 告 至 少 应 包 括 以 下 内 容 ：a) 标 题 ；b) 测 试 图 像 ；c) 设 备 图 像 清 晰 度 或 设 备 空 间 分 辨 率 ；d) 测 试 实 验 室 的 名 称 和 地 址 ；e) 客 户 的 姓 名 及 地 址 ；f) 样 品 来 源 和 取 样 过 程 ， 样 品 的 型 号 和 规 格 ； g) 测 试 项 目 的 接 收 日 期 及 测 试 日 期 ；h) 测 量 设 备 型 号 和 标 识 ， 包 括 相 机 探 测 器 种 类 ；i) 测 试 的 环 境 温 度 和 湿 度 ， 测 试 正 向 注 入 电 流 、 电 压 和 相 机 设 置 ；j) 如 果 图 像 经 过 修 正 ， 需 提 供 图 像 修 正 信 息 ；k) 报 告 内 容 操 作 人 和 负 责 人 的 签 名 和 日 期 。 T/CPIA 00XX—201X 7 附 录 A(规 范 性 附 录 )定 量 计 算 晶 体 硅 光 伏 电 池 电 致 发 光 图 像 清 晰 度A.1综 述清 晰 度 是 EL 采 集 图 像 中 可 分 辨 对 象 大 小 的 参 数 ， 与 表 征 镜 头 解 像 能 力 的 调 制 传 递 函 数 （ MTF）呈 线 性 关 系 ， 但 清 晰 度 的 量 化 方 式 ， 相 比 于 空 间 频 域 相 关 的 概 念 ， 更 易 于 操 作 且 直 观 。 本 附 录引 用 IEC TS 60904-13 中 表 述 的 EL 图 像 清 晰 度 的 计 算 方 法 V-CUT， 要 求 达 到 仍 可 提 供 50%对 比度 的 最 小 图 像 尺 寸 。 图 像 清 晰 度 S（ 单 位 mm） 取 决 于 像 素 尺 寸 和 电 池 表 面 上 结 构 （ 例 ： 栅 线 轮 廓 ） 的 线 性 距 离 。 同 时 还 受 两 个 光 学 效 应 影 响 ： 镜 头 引 起 的 像 差 和 光 的 衍 射 。 通 过 采 用 EL 图 像表 面 粘 贴 或 固 定 不 透 光 档 条 （ L1 和 L3） ， P1 和 P3 分 别 为 档 条 的 端 点 ， 设 置 长 带 夹 角 （ 3～ 9） °（ 例 如 ： 档 条 尺 寸 为 10cm， 则 末 端 开 口 处 为 0.5~1.6cm） ， 中 线 L2从 p0到 p2， 其 中 p0是 L1和 L2的 交 点 ， p2是 p1和 p3的 中 点 。 r50 是 沿 着 L2的 EL 强 度 衰 减 到 50%时 候 的 距 离 ， 可 以 人 工 也 可 以 编写 matlab 进 行 读 值 。 基 于 上 述 设 置 ， 图 像 清 晰 度 的 计 算 方 法 见 公 式 A.1 和 A.2。 为 了 减 少 不 确 定度 ， 测 试 需 要 至 少 在 不 同 位 置 和 角 度 重 复 五 次 。 夀 1.ʁℸ α r ℸ0… … … … … … … … … … … … … … … … （ A.1） 夀 arccos 01 20ʁ 21ʁ 2201 0ʁ … … … … … … … … … … … （ A.2） 图 A.1 使 用 铝 带 引 入 两 个 边 缘 的 EL图 像 T/CPIA 00XX—201X 8 （ a） EL 强度值延中线 L2 的强度分布示意图 （b）档条夹角α和线段定义示意图图 A.2 示 意 图 T/CPIA 00XX—201X 9 附 录 B(资 料 性 附 录 )定 性 解 释 晶 体 硅 光 伏 电 池 电 致 发 光 图 像B.1综 述表 B.1给 出 了 结 合 电 致 发 光 测 试 原 理 定 性 解 释 晶 体 硅 光 伏 电 池 电 致 发 光 图 像 缺 陷 特 征 示 例 ， 并 对 其中 缺 陷 位 置 进 行 了 标 识 。 需 要 注 意 的 是 电 致 发 光 测 试 是 定 性 测 试 ， 具 体 图 像 产 生 的 根 本 原 因 应 结 合 电 池结 构 ， 生 产 工 艺 过 程 以 及 其 他 测 试 手 段 综 合 分 析 。表 B.1 部 分 典 型 晶 体 硅 光 伏 电 池 电 致 发 光 图 像 示 例 缺 陷 类 型 图 像断 栅 或 栅 线 缺 失 断 栅 断 栅 &栅 线 缺 失少 数 载 流 子 寿 命 下 降 同 心 圆 准 单 晶 位 错 黑 边 絮 状 黑 图 位 错 暗 片 T/CPIA 00XX—201X 10 分 流 缺 陷 局 部 分 流硅 片 或 电 池 污 染 以 及 摩 擦 痕迹 划 伤 吸 盘 印 吸 笔 印 框 印 皮 带 印 黑 点划 伤 手 指 印 水 纹 印 电 池 裂 纹 十 字 裂 纹 45° 裂 纹 边 缘 裂 纹 T/CPIA 00XX—201X 11