การทดสอบความชื้นและความร้อน DH1000: รูปแบบและกลไกของความล้มเหลว
สารบัญ
คำตอบสั้น: DH1000 คือการทดสอบความร้อนชื้นที่กำหนดไว้ใน IEC 61215-2 MQT13: 1,000 ชั่วโมงต่อเนื่องที่ 85 °C ± 2 °C และ 85 % RH ± 5 % โดยโมดูลถูกเก็บไว้ใน วงจรเปิด. จะผ่านก็ต่อเมื่อรูปลักษณ์ยังคงปราศจากข้อบกพร่องร้ายแรง การทดสอบฉนวนและการรั่วซึมแบบเปียกผ่าน และการเสื่อมสภาพของกำลังไฟฟ้าอยู่ภายใน 5 % สิ่งที่มันโจมตีจริงๆ คือเส้นทางความชื้นเข้าสู่โมดูล: สารห่อหุ้มและส่วนต่อประสาน ขอบซีล โลหะเคลือบและพาสซิเวชันของเซลล์ และแผ่นหลังของโมดูลกระจกชั้นเดียว ลายเซ็นทางไฟฟ้าที่เป็นลักษณะเฉพาะคือฟิลแฟกเตอร์ลดลงพร้อมกับความต้านทานอนุกรมเพิ่มขึ้น ในขณะที่ Isc แทบไม่เปลี่ยนแปลง
การอ่านผลลัพธ์ DH1000 ไม่ใช่เรื่องของเกณฑ์ผ่าน แต่เป็นเรื่องของชั้นใดที่ล้มเหลวก่อน และกระบวนการที่สร้างมันขึ้นมาสามารถควบคุมได้หรือไม่
เงื่อนไข และสิ่งที่มักถูกมองข้าม
อุณหภูมิ ความชื้น และระยะเวลาเป็นตัวเลขสามตัวที่ทุกคนอ้างถึง พารามิเตอร์ตัวที่สี่คือสิ่งที่เปลี่ยนวิธีการตีความการทดสอบ: โมดูลอยู่ในวงจรเปิด ไม่มีกระแสไหลและไม่มีการไบแอสภายนอก ดังนั้นความล้มเหลวจึงต้องมาจากสภาพแวดล้อมที่กระทำต่อวัสดุ มากกว่าจากกลไกที่ขับเคลื่อนด้วยไฟฟ้า
นั่นก็เป็นสิ่งที่แยก DH1000 จากการทดสอบ PID ซึ่งมีการจ่ายแรงดันไฟฟ้าโดยเจตนาเพื่อขับเคลื่อนการเคลื่อนที่ของไอออน หากโมดูลล้มเหลวในการทดสอบความร้อนชื้น คำถามแรกจึงเป็นคำถามเกี่ยวกับวัสดุ: ความชื้นเข้ามาที่ไหน และมันละลายอะไรระหว่างทาง
เงื่อนไขไม่เปลี่ยน — แต่เกณฑ์ผ่านเปลี่ยน
เงื่อนไขทางกายภาพของ DH1000 คงที่มาประมาณสองทศวรรษ และการแก้ไข IEC 61215 ปี 2021 ยังคงใช้เงื่อนไขเหล่านี้ สิ่งที่เปลี่ยนไปคือสิ่งที่ตลาดยอมรับเป็นหลักฐาน:
- ระยะเวลาที่ขยายออกไป ผู้ซื้อและห้องปฏิบัติการบุคคลที่สามกำหนดการสัมผัสที่เพิ่มเป็นสองเท่าหรือสามเท่ามากขึ้น — DH2000 หรือ DH3000 — เพื่อแยกชั้นความน่าเชื่อถือ เพราะการผ่าน DH1000 ธรรมดาไม่สามารถแยกแยะระหว่างซัพพลายเออร์ที่establishedได้อีกต่อไปเมื่อโครงสร้างกระจก-กระจกกลายเป็นเรื่องปกติ
- ความไวต่อเทคโนโลยี การทดสอบเดียวกันนั้นยากกว่าสำหรับเซลล์บางรุ่น เซลล์ชนิด N มีความไวต่อความชื้นและสภาพแวดล้อมกรดอ่อนมากกว่า ดังนั้นผลลัพธ์ความร้อนชื้นที่สบายสำหรับโมดูลชนิด P จึงกลายเป็นข้อจำกัดการผลิตจริง
- การทดสอบแบบลำดับ การทดสอบเดียวไม่สามารถแทนอายุการใช้งานในสนามได้ ดังนั้นข้อกำหนดในปัจจุบันมักต้องการลำดับเช่น การทดสอบวัฏจักรความร้อนตามด้วยความร้อนชื้น PID บวกความร้อนชื้น หรือความร้อนชื้นบวกโหลดเชิงกล
สิ่งที่ DH1000 สร้างความเครียดจริงๆ
| ชั้นหรือส่วนต่อประสาน | สิ่งที่การสัมผัสทดสอบ | จุดอ่อนทั่วไป |
|---|---|---|
| ฟิล์มห่อหุ้ม | ความต้านทานการไฮโดรไลซิสและความเสถียรทางเคมีภายใต้อุณหภูมิและความชื้น | EVA ไฮโดรไลซ์เป็นกรดอะซิติก; POE และ EPE เสถียรกว่าแต่มีราคาแพงกว่า |
| ส่วนต่อประสานที่ยึดติด | การยึดเกาะระหว่างกระจก สารห่อหุ้ม เซลล์ และแผ่นหลัง | ความชื้นทำลายพันธะเคมีที่ยึดสแต็กเข้าด้วยกัน |
| ขอบซีล | การส่งผ่านไอน้ำผ่านซิลิโคน เทป หรือบิวทิล และการยึดเกาะกับกรอบและกระจก | การซึมเข้าที่ขอบ ซึ่งเป็นเหตุผลที่ความล้มเหลวมักเริ่มที่ขอบรอบนอก |
| โลหะเคลือบของเซลล์ | ความต้านทานการกัดกร่อนทางเคมีไฟฟ้าของเพสต์ด้านหน้าและด้านหลัง | เพสต์เงิน-อะลูมิเนียม ซึ่งโลหะทั้งสองก่อตัวเป็นคู่กัลวานิก |
| ชั้นพาสซิเวชัน | ความเสถียรของ SiNx และ Al₂O₃ และการคงไว้ซึ่งไฮโดรเจนที่มันพา | การไฮโดรไลซิสและการดีไฮโดรจีเนชัน ซึ่งเปิดข้อบกพร่องที่ส่วนต่อประสานอีกครั้ง |
| แผ่นหลัง (กระจกชั้นเดียว) | คุณสมบัติกั้นและต้านทานสภาพอากาศของการป้องกันความชื้นชั้นแรก | การเหลือง เปราะ และแตกร้าวที่ปล่อยให้ความชื้นผ่าน |
ลายเซ็นทางไฟฟ้า
ความร้อนชื้นไม่ได้ลดสเกลเส้นโค้ง I-V ทั้งหมดลงอย่างสม่ำเสมอ รูปร่างเปลี่ยนไป และเปลี่ยนในลำดับที่จดจำได้: ความต้านทานอนุกรมเพิ่มขึ้น ฟิลแฟกเตอร์ลดลง ความต้านทานชันต์ลดลง Isc เปลี่ยนแปลงน้อยมาก และ Voc เลื่อนเพียงเล็กน้อยเว้นแต่พาสซิเวชันเสียหาย การสูญเสียกำลังไฟฟ้าเป็นตัวเลขตามสัญญา แต่ฟิลแฟกเตอร์และความต้านทานอนุกรมเป็นตัววินิจฉัย — มันบอกคุณว่าการสูญเสียนั้นเป็นแบบต้านทานและเกี่ยวข้องกับหน้าสัมผัส มากกว่าแบบออปติก
นี่คือพารามิเตอร์คู่เดียวกันกับที่ การตรวจสอบฟิลแฟกเตอร์ บนพื้นที่ผลิตใช้เพื่อจับข้อบกพร่องในการผลิตก่อนที่จะถูกสร้างเข้าไปในโมดูล ผลลัพธ์ DH1000 ที่เปลี่ยน FF และ Rs กำลังบอกเรื่องเดียวกับความคลาดเคลื่อนของกระบวนการ: ปัญหาที่หน้าสัมผัสหรือส่วนต่อประสาน ไม่ใช่ปัญหาการบังแสงหรือออปติก ตัวเลขจะเปลี่ยนไปมากน้อยเพียงใดขึ้นอยู่กับรายการวัสดุและหน้าต่างกระบวนการ ดังนั้นค่าสัมบูรณ์จากโมดูลหนึ่งจึงไม่สามารถถ่ายโอนไปยังการออกแบบอื่นได้
ลายเซ็น EL
อิเล็กโทรลูมิเนสเซนซ์เปลี่ยนเรื่องราวทางไฟฟ้าให้เป็นภาพ ซึ่งเป็นเหตุผลที่มันเป็นเพื่อนคู่มาตรฐานของผลลัพธ์ความร้อนชื้น:
- ขอบมืด ความชื้นเข้ามาจากขอบรอบนอก ดังนั้นวงแหวนด้านนอกของเซลล์จึงมืดก่อน ขอบมืดใน EL คือลายนิ้วมือของเส้นทางขอบซีลหรือสารห่อหุ้ม
- นิ้วมือมืดลงและขาด นิ้วมือด้านหน้ามืดลงและสามารถขาดทางกายภาพได้เมื่อการกัดกร่อนที่หน้าสัมผัสดำเนินไป นี่คือคู่ภาพของการเพิ่มขึ้นของความต้านทานอนุกรม
- การเปลี่ยนแปลงที่มองเห็นได้ในกรณีรุนแรง การเปลี่ยนสีจากการกัดกร่อนบนบัสบาร์และฟิงเกอร์ การหลุดล่อนหรือฟองอากาศที่รอยต่อของสารห่อหุ้ม และการเหลืองหรือเปราะของแผ่นหลังบนโมดูลกระจกชั้นเดียว
เนื่องจากค่าที่อ่านได้เป็นการเปรียบเทียบ การตั้งค่าการตรวจสอบจึงสำคัญพอ ๆ กับภาพ: การกำหนดค่า EL แบบอินไลน์หรือออฟไลน์ ที่มีการเปิดรับแสงและเกนที่ทำซ้ำได้คือสิ่งที่ทำให้การเปรียบเทียบก่อนและหลังมีความน่าเชื่อถือ
กลไกเชิงสาเหตุ
เมื่อนำลำดับมาเรียงต่อกัน จะอ่านได้เป็นหนึ่งกลไกที่มีสองสาขาขนานกัน:
ความชื้นซึมเข้า → ร่องรอยกรดในสารห่อหุ้ม → การกัดกร่อนแบบกัลวานิกของเพสต์ด้านหน้า → ความต้านทานสัมผัสเพิ่มขึ้น, และในขณะเดียวกัน ความชื้นซึมเข้า → การไฮโดรไลซิสของ Al₂O₃ และการสูญเสียไฮโดรเจน → ข้อบกพร่องที่รอยต่อเปิดขึ้นใหม่ → การรวมตัวใหม่เพิ่มขึ้น. ทั้งสองสาขาบรรจบกันที่ฟิลแฟกเตอร์และจบลงด้วยการสูญเสียกำลัง และทั้งคู่ปรากฏใน EL เป็นขอบมืดหรือเซลล์มืด
มีตัวเร่งสองตัวอยู่ในกลไกนั้น การปนเปื้อนไอออนิก — โซเดียมจากกระจก แคลเซียม คลอไรด์และกำมะถันจากการจัดการ สารตกค้างจากฟลักซ์ในกระบวนการประกอบ — ก่อตัวเป็นอิเล็กโทรไลต์ที่เร่งการกัดกร่อน และเคมีของสารห่อหุ้มป้อนสาขาแรก: เมื่อ EVA ไฮโดรไลซ์จะผลิตกรดอะซิติก ซึ่งกัดกร่อนรอยต่อสัมผัสโลหะและสารเคลือบป้องกันการสะท้อนบนกระจก
ทำไมเซลล์ชนิด N-Type จึงได้รับผลกระทบมากกว่า
บนอิมิตเตอร์ที่แพร่โบรอน โลหะด้านหน้ามักเป็นเพสต์ซิลเวอร์-อะลูมิเนียม: อะลูมิเนียมถูกเติมเพื่อให้ได้สัมผัสโอห์มมิกที่ดีผ่านชั้นพาสซิเวชัน ซิลเวอร์และอะลูมิเนียมมีศักย์ไฟฟ้าเคมีห่างกันมาก ดังนั้นเมื่อความชื้นและกรดไปถึงรอยต่อนั้น ทั้งคู่จะก่อตัวเป็นแบตเตอรี่เฉพาะที่ และฝั่งอะลูมิเนียมถูกกัดกิน นั่นคือเหตุผลที่ความเสียหายกระจุกตัวที่จุดสัมผัสแทนที่จะแผ่กระจายอย่างสม่ำเสมอ
พาสซิเวชันด้านหน้าเป็นจุดสัมผัสที่สอง อะลูมิเนียมออกไซด์มีประสิทธิผลเป็นชั้นพาสซิเวชันและไวต่อความชื้น เมื่อมันไฮโดรไลซ์และไฮโดรเจนที่สะสมในพันธะซิลิคอน-ไฮโดรเจนสูญหาย พันธะที่ว่างซึ่งมันกำลังพาสซิเวตอยู่ก็กลับมา และการรวมตัวใหม่ที่ผิวเพิ่มขึ้น ทั้งสองผลไม่ปรากฏในการตรวจสอบด้วยสายตาที่ระดับผ่าน ซึ่งเป็นเหตุผลที่ลายเซ็นทางไฟฟ้าและภาพ EL ถูกอ่านร่วมกัน
จุดที่สายการผลิตสามารถเปลี่ยนผลลัพธ์ได้
ผลการทดสอบความชื้น-ความร้อนถูกตัดสินนานก่อนที่ประตูห้องทดสอบจะปิด มีสี่การตัดสินใจที่สำคัญ:
- เคมีของสารห่อหุ้ม การเลือกระหว่าง EVA กับฟิล์มฐานพอลิโอเลฟิน เช่น POE หรือ EPE แลกเปลี่ยนต้นทุนกับความต้านทานการไฮโดรไลซิส การเปรียบเทียบฟิล์ม encapsulant ได้ระบุว่าแต่ละแบบเหมาะกับที่ใดและความแข็งแรงในการลอกของมันหมายความว่าอย่างไรสำหรับรอยต่อที่ยึดติด
- หน้าต่างกระบวนการลามิเนต ขั้นตอนสุญญากาศ โปรไฟล์อุณหภูมิและเวลาเป็นตัวกำหนดว่าสารห่อหุ้มเชื่อมขวางได้สมบูรณ์เพียงใดและรอยต่อยึดติดได้ดีเพียงใด หน้าต่างที่สบายสำหรับฟิล์มหนึ่งไม่ได้เหมาะกับอีกฟิล์มโดยอัตโนมัติ ดังที่งานศึกษาเกี่ยวกับ พฤติกรรมของปั๊มสุญญากาศและหน้าต่าง EVA แสดงให้เห็น
- การควบคุมสารตกค้างและความสะอาด สารตกค้างจากฟลักซ์และการปนเปื้อนจากการจัดการกลายเป็นอิเล็กโทรไลต์ในห้องทดสอบ การควบคุมที่สถานีต่อสตริงและบัสบาร์มีต้นทุนต่ำกว่าการเปลี่ยน BOM เพื่อแก้ไขในภายหลัง
- วัสดุแผ่นหลังและขอบ บนโมดูลกระจกชั้นเดียว backsheet เป็นแนวป้องกันแรก และซีลขอบเป็นแนวสุดท้าย ทั้งคู่ถูกกำหนดสเปกสำหรับการซึมผ่านของไอระเหยน้ำมากกว่าลักษณะภายนอก
หากการออกแบบไม่ผ่านการทดสอบความชื้น-ความร้อน การเปลี่ยนเงื่อนไขห้องทดสอบไม่ใช่หนึ่งในตัวเลือก ตัวเลือกคือวัสดุ รอยต่อ และกระบวนการ — และการทดสอบแบบลำดับที่จำลองความล้มเหลวในภาคสนามคือหลักฐานว่าเปลี่ยนแปลงได้ผล ชุดการทดสอบระดับโมดูลและเซลล์ที่กว้างขึ้นมีระบุไว้ใน การทดสอบความน่าเชื่อถือของโมดูล PV.
คำถามที่พบบ่อย
DH1000 คืออะไรกันแน่?
การทดสอบความชื้น-ความร้อนต่อเนื่อง 1,000 ชั่วโมงที่ 85 °C และความชื้นสัมพัทธ์ 85 % ตามที่กำหนดใน IEC 61215-2 MQT13 โดยโมดูลอยู่ในสภาวะวงจรเปิด เป็นการทดสอบคุณสมบัติ ไม่ใช่การทำนายอายุการใช้งาน
ทำไมโมดูลจึงถูกทดสอบในสภาวะวงจรเปิด?
เพื่อทดสอบวัสดุมากกว่าผลที่เกิดจากไฟฟ้า เมื่อไม่มีการไบแอส ความล้มเหลวต้องมาจากความชื้นและความร้อนที่กระทำต่อสารห่อหุ้ม รอยต่อ และโลหะ
อะไรล้มเหลวก่อนในผลการทดสอบความชื้น-ความร้อน?
ในกรณีส่วนใหญ่คือขอบโดยรอบ ความชื้นใช้เส้นทางขอบ ดังนั้น EL จะแสดงขอบมืดก่อนที่ศูนย์กลางของโมดูลจะเปลี่ยน และลายเซ็นทางไฟฟ้าแสดงความต้านทานอนุกรมเพิ่มขึ้นเมื่อการกัดกร่อนที่จุดสัมผัสเริ่มต้น
DH1000 เหมือนกับการทดสอบ PID หรือไม่?
ไม่ การทดสอบ PID จงใจจ่ายแรงดันเพื่อขับเคลื่อนการเคลื่อนที่ของไอออน ส่วน DH1000 ไม่จ่ายไบแอสและทดสอบการเสื่อมสภาพที่เกิดจากความชื้น ทั้งสองมักทำเป็นลำดับต่อเนื่อง ซึ่งเป็นเหตุผลที่ทั้งสองมักสับสนในข้อกำหนด
ทำไมผู้ซื้อจึงขอ DH2000 หรือ DH3000?
เพราะการผ่าน DH1000 ไม่ได้แยกความแตกต่างระหว่างซัพพลายเออร์ที่มีชื่อเสียงอีกต่อไป การเพิ่มเวลาทดสอบเป็นสองหรือสามเท่าแยกชั้นความน่าเชื่อถือ โดยเฉพาะสำหรับโมดูลกระจก-กระจกที่การทดสอบมาตรฐานไม่ใช่คอขวดอีกต่อไป
สามารถตรวจสอบผลความชื้น-ความร้อนภายในบริษัทได้หรือไม่?
ด้านไฟฟ้าและ EL ทำได้: การวัด IV การติดตามฟิลแฟกเตอร์ และการตรวจสอบอิเล็กโทรลูมิเนสเซนซ์ให้บันทึกก่อนและหลังที่เปรียบเทียบได้ ส่วนการทดสอบในห้องทดสอบมักดำเนินการโดยห้องปฏิบัติการที่ผ่านการรับรอง และลำดับมีความสำคัญพอ ๆ กับการทดสอบครั้งเดียว
บทสรุปสุดท้าย
DH1000 เป็นการทดสอบวัสดุที่มีการอ่านค่าทางไฟฟ้า: ความชื้นค้นหารอยต่อที่อ่อนแอที่สุด และมิเตอร์บอกคุณว่ามันไปที่ใด ตัดสินผลจากชั้นใดที่เปลี่ยนก่อน — ฟิลแฟกเตอร์และความต้านทานอนุกรมสำหรับเส้นทางสัมผัส Voc และ EL สำหรับเส้นทางพาสซิเวชัน — ไม่ใช่จากว่าโมดูลผ่านเกณฑ์ห้าเปอร์เซ็นต์หรือไม่ หากคุณกำลังกำหนดสเปกสำหรับพื้นที่ชื้น ขอผลการทดสอบแบบลำดับและภาพ EL ไม่ใช่แค่ใบรับรองการผ่าน
