通過檢測和消除硅太陽能電池中的分流來提高效率
硅太陽能電池在工作原理方面是光電二極管。它們通常由厚度很薄的p摻雜和n摻雜晶片粘合而成。由此產生的p-n結被一層氮化硅層覆蓋，該層在n側充當抗反射涂層。收集太陽能電池電流的觸點由正面的銀線網格和背面的全面積鋁觸點制成。為了避免太陽能電池中因工藝引起的短路，必須通過激光或化學蝕刻隔離其邊緣。

由于太陽能電池加工過程中出現的裂紋和劃痕而導致p-n結以及邊緣的任何破壞都可能導致故障。許多這些缺陷會導致不必要的漏電流。這些類型的故障稱為工藝引起的分流。多晶硅可能含有可能導致太陽能電池短路的沉淀物，稱為材料誘導分流。太陽能電池中的分流是暗電流增加的區域，這會顯著降低電池的效率。值得注意的是，所有類型的分流器，無論其來源如何，都會對太陽能電池的效率產生不利影響，應不惜一切代價避免。

分流器通常不可見，但太陽能電池制造商。盡管如此，制造商仍需要找到并消除這些分流器以提高電池的效率。此外，分流器會導致局部加熱，產生熱點，從長遠來看可能會損壞整個太陽能電池或模塊。這可能導致太陽能模塊過早退化或故障。識別和消除分流器并提供無分流器的太陽能電池對于聲譽和市場競爭力至關重要。

分流器會產生局部電流增加的區域，這也會產生局部熱量。根據分流器的大小，它們會產生與背景相比從幾 mK 到幾開爾文的熱點。由于傳統紅外熱像儀的噪聲極限實際上在 40 到 100 mK 的范圍內，因此可以檢測到相對較強的局部熱源。這足以檢測強分流器。

盡管如此，傳統的穩態熱成像技術可能無法發現太陽能電池的微小故障。此外，由于太陽能電池中的橫向熱傳導，局部熱源在穩態熱成像技術中可能會顯得模糊。



利用照明鎖定技術實現太陽能電池的動態分流成像
必須使用照明鎖定技術 (ILIT) 來對太陽能電池中非常弱的分流器進行成像。照明鎖定熱成像是一種速度足夠快的非破壞性表征方法，可用于太陽能電池生產線。

一般的想法是展示分流器的動態、時間相關的熱行為。分流器具有不同的熱材料特性，因此它們的熱行為與太陽能電池結的其他部分不同。當輸入能量波穿透物體表面時，它會被吸收并發生相移。當遇到物體內熱物理性質與周圍材料不同的區域時，部分波會被反射。這種反射波會干擾表面的入射波，在局部表面溫度中產生干涉圖案，該圖案以與熱波相同的頻率振蕩。因此，對太陽能電池施加固定頻率的周期性激勵，并在多次迭代中觀察其時間相關的熱行為。分流器對熱激勵的響應幅度和相位響應與其他太陽能電池部件不同。

雖然光脈沖是一個階躍函數，照明強度時高時低，不斷重復，并將具有該頻率分量的熱量引入部件，但熱像儀會監測太陽能電池散發出的熱量。作為一項質量測試，太陽能電池閃光 ILIT 涉及將高強度光應用于太陽能電池板。在閃光測試期間，光伏模塊會暴露在氙氣弧光燈、金屬鹵化物燈或 LED 發出的短暫但強烈的閃光下。這些燈發出的光譜應與太陽光譜非常接近。

閃光燈產生連續的光譜功率分布，色溫約為 5500K 至 6200K，波長范圍為 200 nm 至 1200 nm。測試期間的太陽能電池溫度通常在室溫左右，太陽能電池板的最佳溫度約為 25°C。由于潛在的串擾問題和相對較低的溫度范圍，使用與光發射相同光譜范圍內的短波長紅外熱像儀可能不可行。因此，具有長波長 (LT) 范圍的傳統紅外攝像機是選擇。

光脈沖以鎖定頻率施加，從而觸發發光太陽模擬器。鎖定頻率取決于紅外攝像機的幀速率。由于香農-奈奎斯特采樣定理以及輸入信號、熱激勵和熱響應之間的二相相關性，最大可用鎖定頻率是紅外攝像機幀速率的四分之一。對于非制冷紅外熱像儀，由于輻射熱計探測器的響應時間有限，輻射熱計的熱時間常數在 8 到 15 毫秒之間，這將物理相關的采樣頻率限制在 125 Hz 左右。因此，鎖定頻率可以低于 30Hz 或曝光時間低至 30 到 50 毫秒。盡管如此，紅外熱像儀不能直接與鎖定過程同步，但光脈沖觸發可以很容易地從紅外熱像儀幀觸發信號中得出。

記錄后，一疊熱圖像顯示了與激勵高度同步的加熱和冷卻階段。提取每個圖像的每個像素的時間序列并將其與輸入信號相關聯。不同的數學方法可以評估信號之間的傳遞函數。通常使用功率譜密度來量化峰值加熱幅度和兩個信號的互相關，從而揭示相位延遲。

可以通過更多迭代、更高的激勵或使用熱噪聲較低的紅外熱像儀來提高信噪比。

利用 Optris Xi400 通過鎖相熱成像技術分析太陽能電池
照明鎖相熱成像技術是分析太陽能電池的高靈敏度工具，可詳細了解局部效率和失效機制。它能夠檢測微弱的熱源并進行定量評估，因此即使是非常微弱的分流，它也能通過定位來改進太陽能電池。

根據分流的嚴重程度和類型，制造商可能會嘗試修復受影響的電池。這可能需要采用激光技術來隔離分流區域，或者如果缺陷與表面有關，則對電池進行再加工。如果無法有效修復分流，通常會將有缺陷的電池從生產線上移除，使其無法集成到模塊中。

Optris 不提供鎖定算法的評估軟件，因為每個生產過程都是獨立的。數據結果必須參照健康電池，并需要進行解釋。鎖定算法本質上是識別材料的差異，但不能量化分流。通常情況下，必須對鎖定算法進行反復調整和改進，才能對材料獲得最深入的了解。

冷卻型紅外熱像儀通常熱噪聲較低，幀頻較高，可提供更清晰的鎖定圖像，但價格也高得多。但事實證明，所使用的 Xi400 紅外熱像儀已經足夠出色，而且對于批量生產應用中的測試設備來說，性價比至關重要。

Optris Xi400 紅外熱像儀 80 Hz 的高幀頻及其觸發太陽模擬器手電筒的能力在此應用中尤為重要。此外，其廣泛的 SDK 和與 Matlab 或 Python 的連接性使工程師能夠輕松訪問熱圖像并應用其功能。