Microsurfer 太陽(yáng)能電池組件失效綜合分析儀

Microsurfer拓展介紹

1、定義

光致熒光強(qiáng)度失效分析是指當(dāng)一種原本在特定光照射下能發(fā)出熒光（光致發(fā)光）的材料或器件，其熒光強(qiáng)度出現(xiàn)下降、衰減或消失（即失效）時(shí)，為了確定其失效原因、機(jī)理和過程而進(jìn)行的一系列系統(tǒng)性調(diào)查、測(cè)試與研究的科學(xué)方法。

電致發(fā)光強(qiáng)度失效分析是一種基于電致發(fā)光（EL）現(xiàn)象的分析技術(shù)，通過施加電場(chǎng)或電流激發(fā)器件發(fā)光，檢測(cè)并對(duì)比其發(fā)光強(qiáng)度的異常變化（如變暗、亮斑、均勻性下降等），以定位、識(shí)別和探究器件性能退化或功能失效根源的方法。

少子壽命失效分析是一種基于少子壽命測(cè)試技術(shù)的半導(dǎo)體材料與器件質(zhì)量評(píng)估方法，通過測(cè)量半導(dǎo)體中少數(shù)載流子的平均生存時(shí)間（即少子壽命），來分析和評(píng)估材料中的缺陷、雜質(zhì)、表面損傷等失效情況，從而定位器件性能下降的根源，為工藝優(yōu)化和質(zhì)量控制提供依據(jù)。

開路電壓失效分析是一種針對(duì)光伏電池、二極管、光電器件等能量轉(zhuǎn)換或電子器件的分析技術(shù)，通過檢測(cè)和對(duì)比器件在開路狀態(tài)（無外電路電流）下兩端的電壓（即開路電壓 Voc） 的異常變化，來定位、識(shí)別并探究器件性能退化或功能失效根源的方法。

填充因子失效分析是一種針對(duì)光伏電池等能量轉(zhuǎn)換器件的分析技術(shù)，通過檢測(cè)和對(duì)比器件電流 - 電壓（I-V）曲線中填充因子（FF） 的異常變化，來定位、識(shí)別并探究器件輸出功率衰退或功能失效根源的方法。填充因子反映了器件將開路電壓、短路電流轉(zhuǎn)化為實(shí)際輸出功率的能力，其值越接近 1，器件性能越優(yōu)。

短路失效分析是指針對(duì)電子元器件、電路或系統(tǒng)中出現(xiàn)的短路故障，通過一系列檢測(cè)、試驗(yàn)和分析手段，確定短路發(fā)生的具體位置、根本原因，并提出針對(duì)性改進(jìn)措施的系統(tǒng)性技術(shù)過程。

斷路失效分析是指針對(duì)電子元器件、電路或系統(tǒng)中出現(xiàn)的斷路故障，通過一系列檢測(cè)、試驗(yàn)和分析手段，確定斷路發(fā)生的具體位置、根本原因，并提出針對(duì)性改進(jìn)措施的系統(tǒng)性技術(shù)過程。

發(fā)電電流失效分析是指針對(duì)發(fā)電系統(tǒng)出現(xiàn)的電流輸出異?，F(xiàn)象，通過一系列檢測(cè)、試驗(yàn)與分析手段，確定電流失效的具體表現(xiàn)模式、關(guān)鍵影響環(huán)節(jié)及根本原因，并提出針對(duì)性改進(jìn)或優(yōu)化措施的系統(tǒng)性技術(shù)過程。

發(fā)電電壓失效分析是指對(duì)發(fā)電系統(tǒng)中電壓輸出異常、不符合設(shè)計(jì)要求或運(yùn)行標(biāo)準(zhǔn)的現(xiàn)象進(jìn)行系統(tǒng)性診斷、原因分析和機(jī)理研究的技術(shù)活動(dòng)及管理活動(dòng)。該分析過程通過檢測(cè)電壓異?，F(xiàn)象、設(shè)備運(yùn)行參數(shù)和環(huán)境條件，判斷電壓失效模式，尋找失效機(jī)理和根本原因，從而提出有效的治理措施，確保發(fā)電系統(tǒng)的穩(wěn)定運(yùn)行。

發(fā)電功率失效分析是指對(duì)發(fā)電系統(tǒng)中功率輸出異常、不符合設(shè)計(jì)要求或運(yùn)行標(biāo)準(zhǔn)的現(xiàn)象進(jìn)行系統(tǒng)性診斷和原因分析的技術(shù)活動(dòng)及管理活動(dòng)。該分析過程通過檢測(cè)功率輸出異?，F(xiàn)象、設(shè)備運(yùn)行參數(shù)和環(huán)境條件，判斷功率失效模式，尋找失效機(jī)理和根本原因，從而提出有效的治理措施，確保發(fā)電系統(tǒng)的穩(wěn)定運(yùn)行。

短路電流失效分析是指針對(duì)電氣系統(tǒng)中因短路導(dǎo)致的電流異?，F(xiàn)象進(jìn)行系統(tǒng)性診斷、原因分析和機(jī)理研究的技術(shù)活動(dòng)及管理活動(dòng)。該分析過程通過檢測(cè)電流異?，F(xiàn)象、設(shè)備運(yùn)行參數(shù)和環(huán)境條件，判斷短路失效模式，尋找失效機(jī)理和根本原因，從而提出有效的治理措施，確保電氣系統(tǒng)的安全穩(wěn)定運(yùn)行。

串聯(lián)電阻失效分析是指針對(duì)在電路中以串聯(lián)方式連接的電阻組合出現(xiàn)的失效現(xiàn)象進(jìn)行系統(tǒng)性診斷、原因分析和機(jī)理研究的技術(shù)活動(dòng)及管理活動(dòng)。該分析過程通過檢測(cè)串聯(lián)電阻的失效現(xiàn)象、設(shè)備運(yùn)行參數(shù)和環(huán)境條件，判斷失效模式，尋找失效機(jī)理和根本原因，從而提出有效的治理措施，確保電路的穩(wěn)定運(yùn)行。

并聯(lián)電阻失效分析是指針對(duì)電路中以并聯(lián)方式連接的電阻組合出現(xiàn)的失效現(xiàn)象進(jìn)行系統(tǒng)性診斷、原因分析和機(jī)理研究的技術(shù)活動(dòng)及管理活動(dòng)。該分析過程通過檢測(cè)并聯(lián)電阻的失效現(xiàn)象、設(shè)備運(yùn)行參數(shù)和環(huán)境條件，判斷失效模式，尋找失效機(jī)理和根本原因，從而提出有效的治理措施，確保電路的穩(wěn)定運(yùn)行。

組件響應(yīng)時(shí)間失效分析是指針對(duì)電子或機(jī)械組件在系統(tǒng)中響應(yīng)時(shí)間未能達(dá)到預(yù)期性能要求的現(xiàn)象，進(jìn)行系統(tǒng)性診斷、原因分析和機(jī)理研究的技術(shù)活動(dòng)及管理活動(dòng)。該分析過程通過檢測(cè)組件的響應(yīng)時(shí)間表現(xiàn)、系統(tǒng)運(yùn)行參數(shù)和環(huán)境條件，判斷響應(yīng)時(shí)間失效模式，尋找失效機(jī)理和根本原因，從而提出有效的治理措施，確保系統(tǒng)性能的穩(wěn)定和可靠。

光致熒光發(fā)射光譜失效分析是指基于光致發(fā)光原理，通過測(cè)量和分析物質(zhì)在特定激發(fā)波長(zhǎng)下發(fā)射光譜的特征參數(shù)，對(duì)材料或器件的發(fā)光性能異常進(jìn)行系統(tǒng)性診斷、失效模式識(shí)別、失效機(jī)理分析和根本原因追溯的技術(shù)活動(dòng)及管理活動(dòng)。該分析方法通過光致熒光發(fā)射光譜的特征變化，評(píng)估材料或器件的缺陷狀態(tài)、雜質(zhì)分布、載流子行為等關(guān)鍵性能參數(shù)，從而確定失效原因并提出改進(jìn)措施。

光致熒光壽命失效分析是指基于光致發(fā)光壽命的變化，對(duì)發(fā)光材料或器件的性能異?；蚬δ苁нM(jìn)行系統(tǒng)性診斷、失效模式識(shí)別、失效機(jī)理分析和根本原因追溯的技術(shù)活動(dòng)及管理活動(dòng)。該分析方法通過測(cè)量和分析光致熒光壽命的特征參數(shù)的變化，評(píng)估材料或器件的缺陷狀態(tài)、環(huán)境影響、化學(xué)變化等關(guān)鍵性能參數(shù)，從而確定失效原因并提出有效的治理措施。

瞬態(tài)電致發(fā)光失效分析是指在脈沖電壓或電流條件下，通過測(cè)量和分析電致發(fā)光器件的發(fā)光信號(hào)隨時(shí)間的變化規(guī)律，對(duì)器件的發(fā)光性能異常或功能失效進(jìn)行系統(tǒng)性診斷、失效模式識(shí)別、失效機(jī)理分析和根本原因追溯的技術(shù)活動(dòng)及管理活動(dòng)。該分析方法通過瞬態(tài)電致發(fā)光光譜(TREL)的特征參數(shù)（如發(fā)光衰減曲線、載流子壽命、發(fā)光效率等）的變化，評(píng)估器件的缺陷狀態(tài)、載流子行為、界面特性等關(guān)鍵性能參數(shù)，從而確定失效原因并提出有效的治理措施。

2、太陽(yáng)能電池組件失效綜合分析儀在器件研究的應(yīng)用

（1）、組件級(jí)失效分析：整體性能與宏觀缺陷診斷

主要針對(duì)組件成品或電站退役組件，快速評(píng)估整體性能衰退并定位宏觀失效問題。

I-V 曲線與關(guān)鍵參數(shù)測(cè)試：通過測(cè)量組件的電流 - 電壓（I-V）曲線，計(jì)算開路電壓（Voc）、短路電流（Isc）、填充因子（FF）及轉(zhuǎn)換效率等核心參數(shù)。對(duì)比標(biāo)準(zhǔn)值的變化，可直接判斷組件是否存在功率衰退，并初步區(qū)分是 Voc 下降、Isc 下降還是 FF 下降主導(dǎo)的失效。

電致發(fā)光（EL）成像檢測(cè)：通過施加正向偏壓激發(fā)組件發(fā)光，拍攝 EL 圖像?？芍庇^檢測(cè)組件內(nèi)部的宏觀缺陷，如電池片隱裂、斷柵、虛焊、黑心片、邊緣漏電、熱斑區(qū)域等，這些缺陷會(huì)直接導(dǎo)致組件功率下降或長(zhǎng)期可靠性風(fēng)險(xiǎn)。

紅外（IR）熱成像檢測(cè)：在組件工作狀態(tài)下拍攝紅外熱圖，定位因局部電阻過大或漏電導(dǎo)致的異常發(fā)熱點(diǎn)。熱斑不僅會(huì)加速組件老化，嚴(yán)重時(shí)可能引發(fā)火災(zāi)，是電站運(yùn)維中的重點(diǎn)排查對(duì)象。

（2）、電池片級(jí)失效分析：微觀缺陷與性能衰退溯源

當(dāng)組件級(jí)檢測(cè)發(fā)現(xiàn)異常后，可進(jìn)一步對(duì)拆解后的單體電池片進(jìn)行分析，定位失效的微觀根源，這是失效機(jī)理研究的關(guān)鍵環(huán)節(jié)。

光致發(fā)光（PL）成像分析：用激光激發(fā)電池片，通過 PL 圖像的亮度分布，評(píng)估電池片的少子壽命分布。可檢測(cè)出電池片內(nèi)部的晶格缺陷、重金屬雜質(zhì)污染、摻雜不均勻、邊緣復(fù)合等微觀問題，這些是導(dǎo)致電池片本身性能衰退的核心原因。

局部電性能測(cè)試：通過微區(qū) I-V 測(cè)試或掃描開壓（Voc）成像，分析電池片不同區(qū)域的電性能差異。

電極與柵線失效分析：結(jié)合 EL 成像和高分辨率光學(xué)成像，檢測(cè)電池片正面銀柵線的腐蝕、脫落、熔斷，或背面鋁背場(chǎng)的剝離、鼓包等問題。這些電極失效會(huì)導(dǎo)致串聯(lián)電阻增大，直接降低組件的填充因子和輸出功率。

（3）、材料與結(jié)構(gòu)級(jí)失效分析：長(zhǎng)期可靠性與環(huán)境老化研究

該儀器還可用于分析組件封裝材料及結(jié)構(gòu)的老化失效，這是評(píng)估組件長(zhǎng)期可靠性的重要手段。

封裝材料老化檢測(cè)：通過紫外 - 可見分光光度計(jì)或紅外光譜模塊，分析組件玻璃、EVA 膠膜、背板等封裝材料的老化程度。

邊緣密封失效檢測(cè)：通過絕緣電阻測(cè)試或濕度傳感器，檢測(cè)組件邊緣密封膠的老化失效。密封失效會(huì)導(dǎo)致雨水、濕氣進(jìn)入組件內(nèi)部，引發(fā)電極氧化、PN 結(jié)漏電等連鎖失效，是戶外組件長(zhǎng)期使用后性能衰退的主要原因之一。

環(huán)境適應(yīng)性驗(yàn)證：在實(shí)驗(yàn)室模擬高溫、高濕、紫外輻照、溫度循環(huán)等惡劣環(huán)境后，通過該儀器對(duì)比組件測(cè)試前后的性能參數(shù)和缺陷變化，評(píng)估組件的環(huán)境適應(yīng)性，為組件設(shè)計(jì)優(yōu)化和材料選型提供數(shù)據(jù)支持。

（4）、產(chǎn)業(yè)各環(huán)節(jié)的針對(duì)性應(yīng)用

除了技術(shù)層面的分析，該儀器在光伏產(chǎn)業(yè)鏈的不同環(huán)節(jié)也有明確的應(yīng)用定位：

生產(chǎn)制造環(huán)節(jié)：用于組件出廠前的質(zhì)量抽檢，篩選出存在隱裂、虛焊、材料缺陷的不合格產(chǎn)品，同時(shí)通過分析失效模式優(yōu)化生產(chǎn)工藝。

電站運(yùn)維環(huán)節(jié)：用于電站現(xiàn)場(chǎng)的故障排查，快速定位功率異常的組件及失效原因，指導(dǎo)運(yùn)維人員進(jìn)行針對(duì)性維修或更換，提升電站整體發(fā)電效率。

失效分析實(shí)驗(yàn)室：用于光伏組件的可靠性研究和失效機(jī)理探索，通過對(duì)不同老化階段、不同失效模式的組件進(jìn)行系統(tǒng)測(cè)試，建立失效模式與機(jī)理的關(guān)聯(lián)模型，為行業(yè)制定可靠性標(biāo)準(zhǔn)提供數(shù)據(jù)支撐。