晶体硅光伏电池电致发光测试方法 征求意见稿

ICS27.160

K83

团体标准

T/CPIA00XX—201X

晶体硅光伏电池电致发光测试方法

Testmethodofelectroluminescence(EL)imagingforcrystallinesilicon

photovoltaiccells

（征求意见稿）

（2019.5）

在提交反馈意见时，请将您知道的相关专利连同支持性文件一并附上。

201X-XX-XX发布201X-XX-XX实施

中国光伏行业协会发布

T/CPIA00XX—201X

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。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测试未封装的晶体硅光伏电池，生产线可参考使用。

2规范性引用文件

下列文件对本文件的应用是必不可少的，以下文件全部或部分在本标准中规范引用。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/T2297太阳光伏能源系统术语

GB/T29298-2012数字（码）照相机通用规范

T/CPIA0009-2019电致发光成像测试晶体硅光伏组件缺陷的方法

IEC60904-1：2006光伏器件-第1部分：光伏电流-电压特性的测量（Photovoltaicdevices-

Part1:Measurementofphotovoltaiccurrent-voltagecharacteristics）

IECTS60904-13光伏器件-第13部分：光伏组件的电致发光（Electroluminescenceof

photovoltaicmodules）

3术语和定义

GB/T2297界定的以及下列术语和定义适用于本文件。

3.1

电致发光electroluminescence

电致发光，简称EL，是指由于电场作用而产生的发光现象。

EL分为两种类型：一种是半导体p-n结的注入式电致发光；另一种是本征型电致发光。目前光伏产

业使用较多的是太阳电池的正向偏置下少子注入式的电致发光。

3.2

偏置bias

偏置是指通过施加电源使电流流动。其中，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。

3.3

畸变distortion

1

T/CPIA00XX—201X

由于横向放大率随像高或视场的大小而变化，从而引起的一种失去物像相似的像差。畸变不影响像

的清晰度。

3.4

渐晕vignetting

图像边缘强度相比于图像中心强度减小的现象。

3.5

动态范围dynamicrange

动态范围指信号最大值和最小值的比值。最小值是指图像的本底噪声，是暗场图像的均方根噪声水

平。

3.6

清晰度sharpness

清晰度是可分辨对象大小的参数，是仍可提供50%的对比度的最小真实尺寸。

3.7

视场fieldofview

视场是指相机到待测平面的两束入射光线之间的最大夹角，描述了相机所拍摄场景的角度范围。

4测试

4.1测试设备

测试设备主要有：成像系统，暗室，电源，图像处理系统组成，如图1所示。

图1测试设备

4.1.1成像系统

2

T/CPIA00XX—201X

4.1.1.1相机

相机探测器通常由Si，InGaAs，Ge等材料制成。探测器需要对波长范围为900~1200nm的光敏感，对

应于晶体硅电池电致发光波长范围。

相机位置相对于电池平面的视角，建议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°。原则上，应从电池受光面拍摄EL图像。如果是双面电池，也可从电池的反面拍摄。

4.1.1.2镜头

根据设备几何尺寸选择合适的镜头，建议使用高分辨相机搭配广角镜头以获得更大的视场。

镜头上不能有可吸收900~1200nm待测信号的涂层或者滤光片。镜头上需要设置可滤除待测波长以外

的光线的滤光片。

通常，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。

4.1.2暗室

使用暗室环境，消除测试设备拍摄环境的杂散光，如通过设备箱体结构设计、帘子、挡板等。

4.1.3电源

使用直流电源，要求能够提供的电流强度大于待测电池的短路电流(Isc)。当给待测电池有Isc的正向

电流时，待测电池两端电压约等于其开路电压（Voc）。

建议使用四线法单独提供电流并测量待测电池的电压。

4.1.4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，用黑色表示最弱的EL信号，用白色表示最强的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IECTS60904-13执行。

4.2相机设置

4.2.1图像强度调整

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。固定电流强度，可以通过增加曝光时间，

减小光圈值调整图像强度。固定电流强度和光圈值，可以调整曝光时间优化图像强度。

图像强度调整后应满足图像信噪比和清晰度要求。

4.2.2视场优化

优化的视场，电池周围不产生EL的面积比例应小于20%。

4.2.3曝光时间

增大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。

3

T/CPIA00XX—201X

定性解释图像时，要求图像信噪比SNR50>5。

4.2.4图像清晰度

图像清晰度取决于像素尺寸，即电池上的线性距离用像素取样。建议拍摄的图像清晰度小于0.5mm。

注：图像信噪比、图像清晰度和分类参照IECTS60904-13。

4.3测试环境

实验室测试环境要求：

a)环境温度：23℃～27℃；

b)环境相对湿度：≤75%RH；

c)测试环境保持清洁、无振动；样品和相机镜头不要有灰尘，测试平台干净、整洁、光滑无划痕。

4.4测试流程

4.4.1电路连接

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。探针的布置必须匹

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，建议在每个主栅线匹配

一个电流探针排，每个探针排上设置多个电流探针，确保电流均匀分配。对于无主栅，或者背接触太阳

电池，建议使用合适的导电系统以便电流均匀分布。

4.4.2偏置电流和成像

在以下偏置电流下获取图像:

高电流测试：注入电流≥0.6。



低电流测试根据客户要求设置测试电流，建议低电流测试注入电流等于±。



根据4.2的要求，优化每个偏置电流下的曝光时间以获得满足清晰度要求(0的.1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，定性解释晶体硅电池电致发光

图像的示例参考附录A。一般在高偏置电流下，分流或者非发光复合会被定位，例如断线的高串联电阻区域；低偏

置电流下，串联电阻差异会引起对比度降低，分流会引起整体EL强度降低。

4.4.3图像修正

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。图像修正需要图像处理系统

完成，参照4.1.4条。

5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)测试实验室的名称和地址;

c)客户的姓名及地址;

4

T/CPIA00XX—201X

d)样品来源和取样过程，样品的型号和规格;

e)测试项目的说明;

f)测试项目的接收日期及测试日期;

g)测量设备型号和标识，包括相机探测器种类;

h)测试的环境温度和湿度，测试偏置电流和电压、电池温度、相机设置;

i)如果图像经过修正，需提供图像修正信息;

j)报告内容操作人和负责人的签名和日期。

5

T/CPIA00XX—201X

附录A

(规范性附录)

定性解释晶体硅光伏电池电致发光图像

A.1综述

本附录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产生的根本原因。本附录

针对EL可以识别的缺陷，给出了可能的建议，建议包括了该缺陷是否影响组件电学性能稳定性以及是

否用于组件封装。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。

具体图像示例和诊断结果见表A.1。

表A.1晶硅太阳能电池电致发光图像示例与解析

缺陷类型和诊断图像

断栅或栅线缺失断栅

断栅或栅线缺失可通过肉眼

观测确认，栅线缺失影响电

池的初始测试效率，通常是

稳定的。断栅通常影响太阳

电池的串联电阻，在高注入

测试条件下更加明显。

不建议这种电池使用在光伏

组件封装中。

少数载流子寿命下降同心圆准单晶晶粒黑边

存在于特定的晶粒或区域，

这些区域有高缺陷或高杂质

浓度。这些缺陷影响电池的

初始效率，通常是稳定的。

EL图像并不能提供这些缺陷

的精确原因。可使用少子寿

命测试或IV测试其对电池性

能的影响。

同心圆P型电池不建议使用

到组件封装中，因为高浓度

氧可能引起光致衰减。

多晶黑边和准单晶晶粒影响

电池效率，这些现象来自于

硅片铸锭，不建议使用这两

种电池封装组件。

分流缺陷局部分流

6

T/CPIA00XX—201X

局部的pn结分流通常源自于

生产过程中引起的缺陷。这

些缺陷可能会进一步衰减或

发展成热斑，一般电池发电

时不希望有这种缺陷。低分

流电阻提供了载流子的另一

个传输路径，减少了pn结中

的电流大小。在EL图像中，

分流区域看上去是黑色的。

不建议使用有明显分流现象

的电池封装组件。EL图像并

不能精确确定分流位置。建

议结合其他测试方法例如红

外热成像和IV测试确认分流

现象。

硅片或电池污染以及摩擦痕划伤吸盘印吸笔印

迹

局部区域的低EL信号，有可

能来自于硅片/电池例如污

染，摩擦痕迹和操作设备的

擦伤。这些缺陷在电池生产

时具有系统性，经常连续发

生。这些缺陷影响电池的初

始效率，通常是稳定的。

在使用这些电池封装组件之前，

需要结合生产过程或者其他测

试手段分析，确定这些缺陷是否

影响组件电学稳定性。框印皮带印黑点

电池裂纹十字裂纹45°裂纹边缘裂纹

如果裂纹延长，效率容易进

一步衰减。裂纹是严重的缺

陷，一般，单个裂纹的影响

小于多个裂纹。

不建议组件封装使用有裂纹

的电池。

7

T/CPIA00XX—201X

前  言

本标准按照GB/T1.1-2009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：xxxxx

本标准主要起草人:xxxxx

II

T/CPIA00XX—201X

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。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测试未封装的晶体硅光伏电池，生产线可参考使用。

2规范性引用文件

下列文件对本文件的应用是必不可少的，以下文件全部或部分在本标准中规范引用。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/T2297太阳光伏能源系统术语

GB/T29298-2012数字（码）照相机通用规范

T/CPIA0009-2019电致发光成像测试晶体硅光伏组件缺陷的方法

IEC60904-1：2006光伏器件-第1部分：光伏电流-电压特性的测量（Photovoltaicdevices-

Part1:Measurementofphotovoltaiccurrent-voltagecharacteristics）

IECTS60904-13光伏器件-第13部分：光伏组件的电致发光（Electroluminescenceof

photovoltaicmodules）

3术语和定义

GB/T2297界定的以及下列术语和定义适用于本文件。

3.1

电致发光electroluminescence

电致发光，简称EL，是指由于电场作用而产生的发光现象。

EL分为两种类型：一种是半导体p-n结的注入式电致发光；另一种是本征型电致发光。目前光伏产

业使用较多的是太阳电池的正向偏置下少子注入式的电致发光。

3.2

偏置bias

偏置是指通过施加电源使电流流动。其中，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。

3.3

畸变distortion

1

T/CPIA00XX—201X

由于横向放大率随像高或视场的大小而变化，从而引起的一种失去物像相似的像差。畸变不影响像

的清晰度。

3.4

渐晕vignetting

图像边缘强度相比于图像中心强度减小的现象。

3.5

动态范围dynamicrange

动态范围指信号最大值和最小值的比值。最小值是指图像的本底噪声，是暗场图像的均方根噪声水

平。

3.6

清晰度sharpness

清晰度是可分辨对象大小的参数，是仍可提供50%的对比度的最小真实尺寸。

3.7

视场fieldofview

视场是指相机到待测平面的两束入射光线之间的最大夹角，描述了相机所拍摄场景的角度范围。

4测试

4.1测试设备

测试设备主要有：成像系统，暗室，电源，图像处理系统组成，如图1所示。

图1测试设备

4.1.1成像系统

2

T/CPIA00XX—201X

4.1.1.1相机

相机探测器通常由Si，InGaAs，Ge等材料制成。探测器需要对波长范围为900~1200nm的光敏感，对

应于晶体硅电池电致发光波长范围。

相机位置相对于电池平面的视角，建议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°。原则上，应从电池受光面拍摄EL图像。如果是双面电池，也可从电池的反面拍摄。

4.1.1.2镜头

根据设备几何尺寸选择合适的镜头，建议使用高分辨相机搭配广角镜头以获得更大的视场。

镜头上不能有可吸收900~1200nm待测信号的涂层或者滤光片。镜头上需要设置可滤除待测波长以外

的光线的滤光片。

通常，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。

4.1.2暗室

使用暗室环境，消除测试设备拍摄环境的杂散光，如通过设备箱体结构设计、帘子、挡板等。

4.1.3电源

使用直流电源，要求能够提供的电流强度大于待测电池的短路电流(Isc)。当给待测电池有Isc的正向

电流时，待测电池两端电压约等于其开路电压（Voc）。

建议使用四线法单独提供电流并测量待测电池的电压。

4.1.4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，用黑色表示最弱的EL信号，用白色表示最强的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IECTS60904-13执行。

4.2相机设置

4.2.1图像强度调整

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。固定电流强度，可以通过增加曝光时间，

减小光圈值调整图像强度。固定电流强度和光圈值，可以调整曝光时间优化图像强度。

图像强度调整后应满足图像信噪比和清晰度要求。

4.2.2视场优化

优化的视场，电池周围不产生EL的面积比例应小于20%。

4.2.3曝光时间

增大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。