電致發(fā)光成像測試晶體硅光伏組件缺陷方法

ICS27.160

K83

CPIA

中國光伏行業(yè)協(xié)會(huì)標(biāo)準(zhǔn)

CPIAXXX—201X

電致發(fā)光成像測試晶體硅光伏組件缺陷方法

TestMethodforCellDefectsinCrystallineSiliconPVModulesby

Electroluminescence(EL)Imaging

（征求意見稿）

（本稿完成日期:2017-7-31）

（在提交反饋意見時(shí)，請將您知道的相關(guān)專利連同支持性文件一并附上。）

201X-XX-XX發(fā)布201X-XX-XX實(shí)施

中國光伏行業(yè)協(xié)會(huì)發(fā)布

CPIAXXX—201X

前言

本標(biāo)準(zhǔn)編寫規(guī)則遵循了GB/T1.1-2009《標(biāo)準(zhǔn)化工作導(dǎo)則第1部分：標(biāo)準(zhǔn)的結(jié)構(gòu)和編寫》和GB/T

1.2-2002《標(biāo)準(zhǔn)化工作導(dǎo)則第2部分：標(biāo)準(zhǔn)中規(guī)范性技術(shù)要素內(nèi)容的確定》的規(guī)定。

請注意本文件的某些內(nèi)容可能涉及專利。本文件的發(fā)布機(jī)構(gòu)不承擔(dān)識(shí)別這些專利的責(zé)任。

本標(biāo)準(zhǔn)由中國光伏行業(yè)協(xié)會(huì)標(biāo)準(zhǔn)化技術(shù)委員會(huì)提出并歸口。

本標(biāo)準(zhǔn)起草單位：

本標(biāo)準(zhǔn)主要起草人:…

本標(biāo)準(zhǔn)首次發(fā)布時(shí)間:...

II

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電致發(fā)光成像測試晶體硅光伏組件缺陷方法

1范圍

本標(biāo)準(zhǔn)適用于晶體硅光伏組件中電池缺陷的檢測，包含術(shù)語與定義、樣品準(zhǔn)備、測試設(shè)備、安全準(zhǔn)

則、環(huán)境要求、儀器校準(zhǔn)、測試流程、缺陷分類和報(bào)告等。

本標(biāo)準(zhǔn)適用于室內(nèi)晶體硅光伏組件中電池缺陷的測試，室外測試可參照執(zhí)行。

2規(guī)范性引用文件

下列文件對于本文件的應(yīng)用是必不可少的。凡是注日期的引用文件，僅所注日期的版本適用于本文

件。凡是不注日期的引用文件，其最新版本（包括所有的修改版）適用于本文件。

IEC61215-1:2016Terrestrialphotovoltaic(PV)modules-Designqualificationandtypeapproval-Part1:

Requirementsfortesting（地面用光伏組件—設(shè)計(jì)鑒定與定型—第1部分：測試要求）

GB/T2297太陽光伏能源系統(tǒng)術(shù)語

3術(shù)語和定義

GB/T2297確立的以及下列術(shù)語和定義適用于本標(biāo)準(zhǔn)。

3.1

電致發(fā)光electroluminescence(EL)

電致發(fā)光，簡稱EL，是指由于電場作用而產(chǎn)生的發(fā)光現(xiàn)象。

EL分為兩種類型：一種是半導(dǎo)體p-n結(jié)的注入式電致發(fā)光；另一種是本征型電致發(fā)光。目前光伏產(chǎn)業(yè)

使用較多的是太陽電池正向偏置下少子注入式的電致發(fā)光。

3.2

缺陷defect

太陽電池組件在電致發(fā)光作用下所觀察到的影響太陽電池性能的特征，通常有黑心、黑邊、亮斑、

裂紋、斷柵、暗片等。

3.3

曝光時(shí)間exposuretime

缺陷檢測儀成像傳感器接收太陽電池組件電致發(fā)光信號(hào)所用的時(shí)間。

3.4

成像時(shí)間imagingtime

將太陽電池組件放置在缺陷檢測儀上之后，缺陷檢測儀獲取并輸出一個(gè)太陽電池組件的電致發(fā)光圖

像到顯示器所用的時(shí)間。

3.5

1

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像素pixel

圖像傳感器上能單獨(dú)感光的物理單元。

3.6

雜散光straylight

圖像傳感器對太陽電池組件進(jìn)行缺陷檢測時(shí)接收到的除電致發(fā)光之外的影響成像圖像的光。

3.7

灰度值graylevel

指黑白圖像中點(diǎn)的顏色深度。范圍一般從0到255，白色為255，黑色為0，故黑白圖片也稱灰度圖像。

3.8

灰度峰值peakofgrayscalehistogram

指黑白圖像的灰度直方圖中最多像素?cái)?shù)的點(diǎn)所對應(yīng)的灰度值。

4樣品準(zhǔn)備

4.1測試樣品定義：用于測試的單片組件。

4.2測試樣品組件外觀應(yīng)符合IEC61215-1:2016中第8章的規(guī)定。

4.3測試樣品表面需保持清潔，無明顯的裂痕或異物等。

5測試設(shè)備

5.1EL檢測設(shè)備示意圖如圖1所示，設(shè)備分類類型可參考附錄A。

1—直流電源；2—測試樣品(晶體硅組件)；3—成像系統(tǒng)；4—暗室；5—圖像處理系統(tǒng)。

圖1EL檢測設(shè)備示意圖

5.1.1直流電源：也稱為恒流電源。能為太陽電池組件提供正向直流電流的裝置。

5.1.2成像系統(tǒng)：由成像探測器、成像鏡頭和操作軟件等部分組成。

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5.1.2.1成像探測器：應(yīng)使用Si、Ge、InGaAs等材料制成，需對光伏組件的電致發(fā)光波段有響應(yīng)。

5.1.2.2成像鏡頭：EL成像鏡頭必須允許光伏組件產(chǎn)生的電致發(fā)光透過。為了得到高質(zhì)量的圖像，通常

可以采用850nm作為允許成像波段的下限波，同時(shí)利用濾光片或涂層來消除雜散光。

5.1.2.3操作軟件：用于控制太陽電池組件檢測所需的操作軟件，例如可操作并控制直流電源的通電和

斷開、成像系統(tǒng)（包含成像鏡頭、成像探測器、暗室等）的曝光控制、被檢測組件的移動(dòng)、成像系統(tǒng)的

移動(dòng)。

5.1.3暗室：可為太陽電池組件的缺陷檢測提供合適的檢測環(huán)境，同時(shí)可抑制雜散光?？梢允窃O(shè)備自身

的箱體結(jié)構(gòu)、遮光布簾或者設(shè)備外部的暗檢測環(huán)境。

5.1.4圖像處理系統(tǒng)：由圖像處理軟件和圖像顯示系統(tǒng)組成。

5.1.4.1圖像處理軟件：用于對成像探測器采集到的圖像信息進(jìn)行處理,如可進(jìn)行圖像拼接、圖形取向等

編輯，以得到被檢測太陽電池組件的圖像。通常采用灰度來表示檢測圖像的明暗，對于成像探測器采集

到的具有較高電致發(fā)光信號(hào)的圖像應(yīng)使用高亮度（趨向白色）表示，對于成像探測器采集到的具有較低

電致發(fā)光信號(hào)的圖像應(yīng)使用低亮度（趨向黑色）表示。

—圖像拼接：太陽電池組件EL檢測圖片可以通過拼接得到，但是不允許有影響缺陷識(shí)別的從電池片內(nèi)部

穿過的拼縫。

—圖像取向：為了更容易比較，建議EL圖像的方向與人體觀察一致，并且還應(yīng)指示接線盒的位置。

5.1.4.2圖像顯示系統(tǒng)：應(yīng)具有支持圖像處理軟件進(jìn)行圖像顯示、局部放大、裁剪、旋轉(zhuǎn)、調(diào)節(jié)灰度等

功能，并可進(jìn)行圖像像素、曝光時(shí)間等圖像信息的查詢。

—圖像信息：為了便于進(jìn)行EL圖像比較，圖像應(yīng)提供測試時(shí)的正向電流、環(huán)境溫度、組件序列號(hào)以及其

他備注信息。

5.2EL檢測設(shè)備性能主要應(yīng)體現(xiàn)在光學(xué)、電學(xué)、檢測效率以及圖像顯示等方面。

5.2.1光學(xué)性能是指空間分辨率（分辨力）、失真、噪聲、雜散光、缺陷識(shí)別等內(nèi)容。

5.2.1.1空間分辨率：是指區(qū)分細(xì)節(jié)的能力。對于相同的視野，可識(shí)別的最小尺寸對應(yīng)的是最高的空間

分辨率。有許多方法來表征空間分辨率。為了更容易比較，可以使用具有相同寬度并且黑白相間的線對

（lp）條紋圖案。因此，空間分辨率可以以每毫米的線對（lp/mm）表示。該測試方法的細(xì)節(jié)在附錄B

中介紹。一般來說，由于成像系統(tǒng)和光學(xué)設(shè)計(jì)的差異，空間分辨率不對應(yīng)于像素分辨率。為了比較EL

圖像，EL圖像的空間分辨率應(yīng)該是類似的?？臻g分辨率的等級劃分如表1所示。

表1空間分辨率的等級劃分

等級空間分辨率(Rs)（對于2.0m*1.0m視場）

A+Rs≥1.0lp/mm

A0.5lp/mm≤Rs＜1.0lp/mm

B0.25lp/mm≤Rs＜0.5lp/mm

C0.1lp/mm＜Rs＜0.25lp/mm

注1：不同缺陷的電致發(fā)光特性差異很大，因此缺陷的實(shí)際幾何形狀與EL成像的幾何形狀并不直接對應(yīng)。

注2：通過在不同的位置應(yīng)用更多的測試可以減少不確定性。

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注3：EL設(shè)備等級判定以空間分辨率（分辨力）作為基本要求，光伏組件生產(chǎn)線中EL系統(tǒng)的空間分辨率應(yīng)至少為B級。

當(dāng)進(jìn)行覆蓋面積較大的快速測試時(shí)，C級空間分辨率也可滿足使用要求。

5.2.1.2失真：表示太陽能模組圖像的變形程度。失真不得干擾識(shí)別缺陷。

5.2.1.3噪聲：表示成像探測器在成像平面中的光學(xué)圖像響應(yīng)的變化。噪聲不應(yīng)影響缺陷的正確識(shí)別。

5.2.1.4雜散光：是指干擾成像的光。EL檢測設(shè)備必須具有抑制雜散光的能力。

5.2.1.5缺陷識(shí)別：表示對太陽電池組件電致發(fā)光圖像中的缺陷特征進(jìn)行區(qū)分和標(biāo)記。為了提高檢測效

率，EL檢測設(shè)備可以采用圖像處理軟件對缺陷特征進(jìn)行標(biāo)記，但是這些標(biāo)記不應(yīng)該影響檢測人員對圖像

的辨識(shí)以及原始圖像的保存。

5.2.2電學(xué)性能是指直流電源的電流輸出范圍和準(zhǔn)確性。

5.2.2.1正向電流：也稱為偏置電流。通常為恒流運(yùn)行模式。正向電流可分為高電流和低電流。通常，

高正向電流意味著連接的光伏組件的偏置電流等于STC下的短路電流。低正向電流是指連接的光伏組件

的偏置電流等于STC短路電流的0.1至0.3倍。根據(jù)被測光伏組件的參數(shù)，電源必須能夠設(shè)置短路電流

（Isc）的0.1倍至1.0倍。

5.2.3檢測效率：太陽電池組件單次檢測時(shí)間的長短,主要由曝光時(shí)間和成像時(shí)間來控制。

5.2.3.1曝光時(shí)間：可調(diào)節(jié)，以滿足檢測成像質(zhì)量和檢測效率的要求。

5.2.3.2成像時(shí)間：應(yīng)滿足太陽電池組件檢測效率的要求。對于量產(chǎn)的EL檢測設(shè)備，通常應(yīng)小于30s。

5.2.4圖像顯示：圖像的輸出、查看等內(nèi)容。為了提高太陽電池組件檢測圖像的成像質(zhì)量和圖像像素分

辨率，應(yīng)可根據(jù)成像鏡頭的光學(xué)參數(shù)、成像探測器的像素排布以及檢測設(shè)備的工作模式來合理設(shè)計(jì)檢測

設(shè)備的結(jié)構(gòu)。

5.2.4.1像素分辨率：也稱為像素值，表示像素的數(shù)量。對于圖像傳感器，其像素值表示其包含的像素

總數(shù)量。對于最終輸出的圖像，像素值表示該圖像中的像素總數(shù)量。產(chǎn)品輸出的圖像應(yīng)可查看像素值信

息。圖像像素分辨率可用M*N表示，M是指圖像的高度，列數(shù)N是指圖像的寬度對于同一個(gè)太陽電池

組件的EL檢測圖像比較，應(yīng)當(dāng)采用具有相當(dāng)像素分辨率的圖像進(jìn)行。5.2.4.2灰度峰值：必須適當(dāng)?shù)恼{(diào)

整EL檢測設(shè)備的參數(shù)（如正向電流、曝光時(shí)間、照相機(jī)孔徑），以獲得具有合理亮度的光伏組件EL圖像。

通常，EL圖像的灰度峰值應(yīng)在成像探測器飽和度的30％~70％之間。

6安全準(zhǔn)則

6.1機(jī)械安全：對于有獨(dú)立閉合箱蓋的EL檢測設(shè)備在打開和關(guān)閉箱蓋時(shí)，應(yīng)避免傷害到人員。在打開和

關(guān)閉箱蓋時(shí)同時(shí)要注意避免碰到手和頭。

6.2電氣安全：當(dāng)設(shè)備不工作時(shí)，斷開測試組件和測試設(shè)備的連接。當(dāng)樣品需要測試時(shí)，才可以對光伏

組件進(jìn)行通電。

7環(huán)境要求

由于EL檢測設(shè)備的靈敏度高，測試環(huán)境應(yīng)滿足以下要求：

7.1環(huán)境溫度：5℃?45℃。

7.2環(huán)境濕度：≤80％RH。

7.3測試環(huán)境應(yīng)保持清潔、無振動(dòng)；樣品和相機(jī)鏡頭不要有灰塵，測試平臺(tái)干凈、整潔、光滑無劃痕。

8儀器校準(zhǔn)

8.1.1EL檢測設(shè)備中所有需要校準(zhǔn)的儀器必須在首次安裝時(shí)進(jìn)行校準(zhǔn)，在使用過程中應(yīng)根據(jù)使用頻次、

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使用情況及儀器供應(yīng)商的建議定期進(jìn)行校準(zhǔn)并給出校準(zhǔn)等級。

8.1.2日常點(diǎn)檢：找到具有相對一致的發(fā)光亮度區(qū)域的模組角和中間電池片作為基準(zhǔn)。

8.1.3使用比對樣板的，對應(yīng)于刻度的四個(gè)角和中間的試樣應(yīng)貼附在表面上；校準(zhǔn)樣板參考附錄C。

9測試流程

9.1測試前確認(rèn)EL檢測設(shè)備運(yùn)行正常的檢查及測試參數(shù)設(shè)置：

9.1.1暗室：在室內(nèi)可保證測試環(huán)境黑暗，而且暗室的門或者窗戶可正常開關(guān)。

9.1.2電源可提供0.1倍以上的短路電流（以下簡寫為Isc）。

9.1.3根據(jù)樣品信息設(shè)置測試參數(shù)，通常電流參數(shù)設(shè)置不小于0.6倍的Isc。

9.1.4根據(jù)客戶要求也可以進(jìn)行低電流測試，測試電流不大于0.2倍的Isc。

9.2連接電源，并按以下流程操作：

9.2.1打開暗室，將樣品放入測試區(qū)域，使其表面與成像鏡頭垂直。

9.2.2接通電源與試驗(yàn)樣品，將測試樣品正極與恒流電源正極相連，負(fù)極與恒流電源負(fù)極相連。

9.2.3輸入樣品序列號(hào)，關(guān)閉暗室，開始拍照。

9.2.4確認(rèn)測試樣品在測試區(qū)域可以成像。

9.2.5進(jìn)行圖像測試分析，最大分辨率需符合圖案編號(hào)范圍，而測試系統(tǒng)應(yīng)與分辨率相對應(yīng)。

9.2.6在室內(nèi)測試中，清潔樣品表面，測量時(shí)焦距處在客戶定義的中間區(qū)域。

9.2.7圖像拍攝清楚后，保存圖像；打開暗室，取出樣品。

9.2.8檢查測試圖片缺陷，并按照缺陷分類判定缺陷類型。

注：樣品內(nèi)的溫度偏差應(yīng)控制在10℃以內(nèi)。

10缺陷分類

根據(jù)缺陷種類可將晶體硅光伏組件缺陷歸納為形狀類、亮度類、位置類三大類。

10.1形狀類缺陷包括微裂紋、裂片、黑斑、絨絲、網(wǎng)絡(luò)片、刮傷、同心圓。

10.1.1微裂紋：電池片表面的微裂紋，主要由于制造，運(yùn)輸，安裝等過程中的彎曲和撞擊導(dǎo)致，包括微

裂紋（平行于焊帶）、微裂紋（垂直于焊帶）、微裂紋（非貫穿性）、微裂紋（45°）、微裂紋（交叉）。

微裂紋（脈狀）/Micro-crack(vein-like)。

10.1.1.1微裂紋（平行于焊帶）—通常裂紋方向與焊帶保持平行，由電池片的一邊邊緣到另一邊邊緣

（圖2）。

2-a2-b2-c

圖2平行于焊帶的微裂紋圖像

10.1.1.2微裂紋（垂直于焊帶）—垂直于焊帶的貫穿性裂紋（圖3）。

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3-a3-b

圖3垂直于焊帶的微裂紋圖像

10.1.1.3微裂紋（非貫穿性）—從電池片邊緣延伸到電池片內(nèi)部的非貫穿性裂紋（圖4）。

4-a4-b4-c

圖4非貫穿的微裂紋圖像

10.1.1.4微裂紋（45°）—從電池片一端延伸到另一端的斜裂紋（圖5）。

5-a5-b

圖5與焊帶成45°的微裂紋圖像

10.1.1.5微裂紋（交叉）—2條或多條交叉的裂紋（圖6）。

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6-a6-b6-c

圖6交叉的微裂紋圖像

10.1.1.6微裂紋（脈狀）—脈狀的多條裂紋，且延伸到多個(gè)電池片邊界（圖7）。

7-a7-b7-c

圖7脈狀的微裂紋圖像

10.1.2裂片

10.1.2.1圖像中呈現(xiàn)黑色或暗色電池片裂片區(qū)域，這些區(qū)域已從電路中部分或全部分離，主要由于制造、

運(yùn)輸、安裝過程中的彎曲和撞擊導(dǎo)致（圖8）。

8-a8-b8-c

圖8裂片的圖像

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10.1.3黑斑

10.1.3.1分布在電池片上的不規(guī)則黑色斑狀區(qū)域，主要由于電池片污染或燒結(jié)不良所致（圖9）。

9-a9-b9-c

圖9黑斑的圖像

10.1.4絨絲

10.1.4.1分布在電池上的絨狀或云狀暗色區(qū)域，主要由于硅片缺陷區(qū)域制絨腐蝕程度加重所致（圖10）。

10-a10-b10-c

圖10絨絲的圖像

10.1.5網(wǎng)絡(luò)片

10.1.5.1分布在電池上的黑色網(wǎng)狀區(qū)域，主要由于燒結(jié)不良所致（圖11）。

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11-a11-b11-c

圖11網(wǎng)絡(luò)片的圖像

10.1.6刮傷

10.1.6.1電池表面不連續(xù)的線痕，主要由于刮擦產(chǎn)生，通常不會(huì)影響組件性能（圖12）。

12-a12-b12-c

圖12刮傷的圖像

10.1.7同心圓

10.1.7.1位于電池片中心的同心圓環(huán)狀暗色區(qū)域，主要由于單晶拉制過程中氧缺陷造成（圖13）。

13-a13-b13-c

圖13同心圓的圖像

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10.2亮度類缺陷包括失配、短路、虛焊（暗斑）、過焊、亮斑。

10.2.1失配

10.2.1.1同一組件中不同電池呈現(xiàn)不同的亮度，主要由于電池片失配所致（圖14）。

14-a14-b14-c

圖14失配的圖像

10.2.2短路

10.2.2.1整個(gè)電池片或電池串成全黑色，為電池或電池串不正確的連接所致；或者較其它電池片偏暗的

電池片，且其上焊帶兩側(cè)分布有暗色區(qū)域（圖15）。

15-a15-b

圖15短路的圖像

10.2.3虛焊（暗斑）

10.2.3.1分布在焊帶兩側(cè)的黑色區(qū)域，主要由于不正確的焊接所致（圖16）。

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16-a16-b16-c

圖16虛焊（暗斑）的圖像

10.2.4過焊

10.2.4.1分布在焊帶單側(cè)的黑色區(qū)域，從焊帶邊緣延?xùn)啪€方向整齊延伸，主要由于不正確的焊接所致（圖

17）。

17-a17-b17-c

圖17過焊的圖像

10.2.5亮斑

10.2.5.1分布在焊帶兩邊的明亮區(qū)域，電流分布不均的表現(xiàn)，主要產(chǎn)生于焊接過程或電池制造過程（圖

18）。

18-a18-b

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圖18亮斑的圖像

10.3位置類缺陷包括斷柵、黑邊、黑角。

10.3.1斷柵

10.3.1.1焊帶之間或焊帶與電池片邊緣間的黑色條狀區(qū)域，主要由于不良印刷或不正確焊接導(dǎo)致

（圖19）。

19-a19-b19-c

圖19斷柵的圖像

10.3.2黑邊

10.3.2.1一條或兩條電池片邊緣黑色區(qū)域，主要由于多晶硅片鑄錠過程中，靠近坩堝區(qū)域受到雜質(zhì)污染

所致（圖20）。

20-a20-b20-c

圖20黑邊的圖像

10.3.3黑角

10.3.3.1位于電池片角的一個(gè)或多個(gè)黑色區(qū)域，主要由于拉制晶體過程中雜質(zhì)擴(kuò)散至晶體內(nèi)部所致（圖

21）。

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21-a21-b

圖21黑角的圖像

11報(bào)告

報(bào)告至少應(yīng)包括以下內(nèi)容：

a)樣品來源、名稱及規(guī)格；

b)儀器名稱及型號(hào)；

c)試驗(yàn)環(huán)境溫度和相對濕度；

d)參數(shù)設(shè)定（電流、電壓、曝光時(shí)間等）；

e)樣品的描述、狀態(tài)和明確的標(biāo)識(shí)；

f)試驗(yàn)結(jié)果（包括缺陷類型、數(shù)量和圖像）；

g)試驗(yàn)操作者、審核、批準(zhǔn)、報(bào)告編號(hào)；

h)本標(biāo)準(zhǔn)編號(hào)和標(biāo)準(zhǔn)；

i)檢測機(jī)構(gòu)、名稱、地址；

j)試驗(yàn)日期。

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附錄A

AEL檢測設(shè)備有以下三種類型分類方法

A.1按成像方式可分為固定式與掃描式：

A．1.1固定式結(jié)構(gòu)指的是成像鏡頭以及被檢測組件在進(jìn)行太陽電池組件的一次缺陷檢測時(shí)都處于固定位

置，不發(fā)生移動(dòng)。

A.1.2掃描式結(jié)構(gòu)指的是成像鏡頭或者被檢測組件在進(jìn)行太陽電池組件的一次缺陷檢測時(shí)有發(fā)生移動(dòng)。

A.2按成像光學(xué)系統(tǒng)結(jié)構(gòu)可分為直接式與間接式。

A.2.1直接式結(jié)構(gòu)指的是EL檢測系統(tǒng)的成像鏡頭與太陽電池組件之間無反射鏡等光學(xué)元件，所成圖像與

光伏組件的正面目視圖像布局方向相同。

A.2.2間接式結(jié)構(gòu)指的是EL檢測系統(tǒng)的成像鏡頭與太陽電池組件之間有反射鏡等光學(xué)元件，且所成圖像

與光伏組件的正面目視圖像為鏡像關(guān)系。

A.3根據(jù)鏡頭數(shù)量可分為單鏡頭與多鏡頭。

A.3.1單鏡頭結(jié)構(gòu)指的是EL缺陷檢測系統(tǒng)只有一個(gè)成像鏡頭。

A.3.2多鏡頭結(jié)構(gòu)指的是EL檢測系統(tǒng)有多個(gè)成像鏡頭。

14

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附錄B

B參數(shù)測試方法

B.1成像時(shí)間測試方法：光伏組件的電氣連接成功后，使用已校準(zhǔn)的計(jì)時(shí)器記錄從測試開始到完成光伏

組件圖像顯示的時(shí)間。

B.2空間分辨率測試方法：目前有很多方法來表示圖像系統(tǒng)的空間分辨率，比如調(diào)制傳遞函數(shù)（MTF）、

線對數(shù)分辨能力等。對于EL缺陷測試系統(tǒng)，識(shí)別裂紋至關(guān)重要。為了便于對比，具有相同的寬度并且黑

白相間的線對條紋圖案可被用于測試（如圖B.1）。

圖B.1空間分辨率測試板

15

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附錄C

C.1校準(zhǔn)樣板示例

16

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目次

前言................................................................................II

1范圍...............................................................................1

2規(guī)范性引用文件.....................................................................1

3術(shù)語和定義........................................................錯(cuò)誤！未定義書簽。

4樣品準(zhǔn)備...........................................................................2

5測試設(shè)備...........................................................................2

6安全準(zhǔn)則...........................................................................4

7環(huán)境要求...........................................................................4

8儀器校準(zhǔn)...........................................................................4

9測試流程...........................................................................5

10缺陷分類..........................................................................5

11報(bào)告.............................................................................13

附錄A...............................................................................14

附錄B...............................................................................15

附錄C...............................................................................16

I

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電致發(fā)光成像測試晶體硅光伏組件缺陷方法

1范圍

本標(biāo)準(zhǔn)適用于晶體硅光伏組件中電池缺陷的檢測，包含術(shù)語與定義、樣品準(zhǔn)備、測試設(shè)備、安全準(zhǔn)

則、環(huán)境要求、儀器校準(zhǔn)、測試流程、缺陷分類和報(bào)告等。

本標(biāo)準(zhǔn)適用于室內(nèi)晶體硅光伏組件中電池缺陷的測試，室外測試可參照執(zhí)行。

2規(guī)范性引用文件

下列文件對于本文件的應(yīng)用是必不可少的。凡是注日期的引用文件，僅所注日期的版本適用于本文

件。凡是不注日期的引用文件，其最新版本（包括所有的修改版）適用于本文件。

IEC61215-1:2016Terrestrialphotovoltaic(PV)modules-Designqualificationandtypeapproval-Part1:

Requirementsfortesting（地面用光伏組件—設(shè)計(jì)鑒定與定型—第1部分：測試要求）

GB/T2297太陽光伏能源系統(tǒng)術(shù)語

3術(shù)語和定義

GB/T2297確立的以及下列術(shù)語和定義適用于本標(biāo)準(zhǔn)。

3.1

電致發(fā)光electroluminescence(EL)

電致發(fā)光，簡稱EL，是指由于電場作用而產(chǎn)生的發(fā)光現(xiàn)象。

EL分為兩種類型：一種是半導(dǎo)體p-n結(jié)的注入式電致發(fā)光；另一種是本征型電致發(fā)光。目前光伏產(chǎn)業(yè)

使用較多的是太陽電池正向偏置下少子注入式的電致發(fā)光。

3.2

缺陷defect

太陽電池組件在電致發(fā)光作用下所觀察到的影響太陽電池性能的特征，通常有黑心、黑邊、亮斑、

裂紋、斷柵、暗片等。

3.3

曝光時(shí)間exposuretime

缺陷檢測儀成像傳感器接收太陽電池組件電致發(fā)光信號(hào)所用的時(shí)間。

3.4

成像時(shí)間imagingtime

將太陽電池組件放置在缺陷檢測儀上之后，缺陷檢測儀獲取并輸出一個(gè)太陽電池組件的電致發(fā)光圖

像到顯示器所用的時(shí)間。

3.5

1

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像素pixel

圖像傳感器上能單獨(dú)感光的物理單元。

3.6

雜散光straylight

圖像傳感器對太陽電池組件進(jìn)行缺陷檢測時(shí)接收到的除電致發(fā)光之外的影響成像圖像的光。

3.7

灰度值graylevel

指黑白圖像中點(diǎn)的顏色深度。范圍一般從0到255，白色為255，黑色為0，故黑白圖片也稱灰度圖像。

3.8

灰度峰值peakofgrayscalehistogram

指黑白圖像的灰度直方圖中最多像素?cái)?shù)的點(diǎn)所對應(yīng)的灰度值。

4樣品準(zhǔn)備

4.1測試樣品定義：用于測試的單片組件。

4.2測試樣品組件外觀應(yīng)符合IEC61215-1:2016中第8章的規(guī)定。

4.3測試樣品表面需保持清潔，無明顯的裂痕或異物等。

5測試設(shè)備

5.1EL檢測設(shè)備示意圖如圖1所示，設(shè)備分類類型可參考附錄A。

1—直流電源；2—測試樣品(晶體硅組件)；3—成像系統(tǒng)；4—暗室；5—圖像處理系統(tǒng)。

圖1EL檢測設(shè)備示意圖

5.1.1直流電源：也稱為恒流電源。能為太陽電池組件提供正向直流電流的裝置。

5.1.2成像系統(tǒng)：由成像探測器、成像鏡頭和操作軟件等部分組成。

2

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5.1.2.1成像探測器：應(yīng)使用Si、Ge、InGaAs等材料制成，需對光伏組件的電致發(fā)光波段有響應(yīng)。

5.1.2.2成像鏡頭：EL成像鏡頭必須允許光伏組件產(chǎn)生的電致發(fā)光透過。為了得到高質(zhì)量的圖像，通常

可以采用850nm作為允許成像波段的下限波，同時(shí)利用濾光片或涂層來消除雜散光。

5.1.2.3操作軟件：用于控制太陽電池組件檢測所需的操作軟件，例如可操作并控制直流電源的通電和

斷開、成像系統(tǒng)（包含成像鏡頭、成像探測器、暗室等）的曝光控制、被檢測組件的移動(dòng)、成像系統(tǒng)的

移動(dòng)。

5.1.3暗室：可為太陽電池組件的缺陷檢測提供合適的檢測環(huán)境，同時(shí)可抑制雜散光。可以是設(shè)備自身

的箱體結(jié)構(gòu)、遮光布簾或者設(shè)備外部的暗檢測環(huán)境。

5.1.4圖像處理系統(tǒng)：由圖像處理軟件和圖像顯示系統(tǒng)組成。

5.1.4.1圖像處理軟件：用于對成像探測器采集到的圖像信息進(jìn)行處理,如可進(jìn)行圖像拼接、圖形取向等

編輯，以得到被檢測太陽電池組件的圖像。通常采用灰度來表示檢測圖像的明暗，對于成像探測器采集

到的具有較高電致發(fā)光信號(hào)的圖像應(yīng)使用高亮度（趨向白色）表示，對于成像探測器采集到的具有較低

電致發(fā)光信號(hào)的圖像應(yīng)使用低亮度（趨向黑色）表示。

—圖像拼接：太陽電池組件EL檢測圖片可以通過拼接得到，但是不允許有影響缺陷識(shí)別的從電池片內(nèi)部

穿過的拼縫。

—圖像取向：為了更容易比較，建議EL圖像的方向與人體觀察一致，并且還應(yīng)指示接線盒的位置。

5.1.4.2圖像顯示系統(tǒng)：應(yīng)具有支持圖像處理軟件進(jìn)行圖像顯示、局部放大、裁剪、旋轉(zhuǎn)、調(diào)節(jié)灰度等

功能，并可進(jìn)行圖像像素、曝光時(shí)間等圖像信息的查詢。

—圖像信息：為了便于進(jìn)行EL圖像比較，圖像應(yīng)提供測試時(shí)的正向電流、環(huán)境溫度、組件序列號(hào)以及其

他備注信息。

5.2EL檢測設(shè)備性能主要應(yīng)體現(xiàn)在光學(xué)、電學(xué)、檢測效率以及圖像顯示等方面。

5.2.1光學(xué)性能是指空間分辨率（分辨力）、失真、噪聲、雜散光、缺陷識(shí)別等內(nèi)容。

5.2.1.1空間分辨率：是指區(qū)分細(xì)節(jié)的能力。對于相同的視野，可識(shí)別的最小尺寸對應(yīng)的是最高的空間

分辨率。有許多方法來表征空間分辨率。為了更容易比較，可以使用具有相同寬度并且黑白相間的線對

（lp）條紋圖案。因此，空間分辨率可以以每毫米的線對（lp/mm）表示。該測試方法的細(xì)節(jié)在附錄B

中介紹。一般來說，由于成像系統(tǒng)和光學(xué)設(shè)計(jì)的差異，空間分辨率不對應(yīng)于像素分辨率。為了比較EL

圖像，EL圖像的空間分辨率應(yīng)該是類似的?？臻g分辨率的等級劃分如表1所示。

表1空間分辨率的等級劃分

等級空間分辨率(Rs)（對于2.0m*1.0m視場）

A+Rs≥1.0lp/mm

A0.5lp/mm≤Rs＜1.0lp/mm

B0.25lp/mm≤Rs＜0.5lp/mm

C0.1lp/mm＜Rs＜0.25lp/mm

注1：不同缺陷的電致發(fā)光特性差異很大，因此缺陷的實(shí)際幾何形狀與EL成像的幾何形狀并不直接對應(yīng)。

注2：通過在不同的位置應(yīng)用更多的測試可以減少不確定性。

3

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注3：EL設(shè)備等級判定以空間分辨率（分辨力）作為基本要求，光伏組件生產(chǎn)線中EL系統(tǒng)的空間分辨率應(yīng)至少為B級。

當(dāng)進(jìn)行覆蓋面積較大的快速測試時(shí)，C級空間分辨率也可滿足使用要求。

5.2.1.2失真：表示太陽能模組圖像的變形程度。失真不得干擾識(shí)別缺陷。

5.2.1.3噪聲：表示成像探測器在成像平面中的光學(xué)圖像響應(yīng)的變化。噪聲不應(yīng)影響缺陷的正確識(shí)別。

5.2.1.4雜散光：是指干擾成像的光。EL檢測設(shè)備必須具有抑制雜散光的能力。

5.2.1.5缺陷識(shí)別：表示對太陽電池組件電致發(fā)光圖像中的缺陷特征進(jìn)行區(qū)分和標(biāo)記。為了提高檢測效

率，EL檢測設(shè)備可以采用圖像處理軟件對缺陷特征進(jìn)行標(biāo)記，但是這些標(biāo)記不應(yīng)該影響檢測人員對圖像

的辨識(shí)以及原始圖像的保存。

5.2.2電學(xué)性能是指直流電源的電流輸出范圍和準(zhǔn)確性。

5.2.2.1正向電流：也稱為偏置電流。通常為恒流運(yùn)行模式。正向電流可分為高電流和低電流。通常，

高正向電流意味著連接的光伏組件的偏置電流等