薄膜太阳能电池湿漏电流测试的研究

摘要：湿漏电流测试是太阳能电池组件最重要的可靠性测试之一。本文通过对薄膜太阳能电池组件进行大量的试验以探究影响湿漏测试结果的因素。试验以IEC61646--10.15 标准为参考,通过改变不同的测试条件，包括宽范围的溶液温度、不同电导率及不同液面深度等，测试组件绝缘特性，即组件湿漏电流特性。试验表明，根据IEC61646--10.15标准测试得到的绝缘电阻值仅为组件真值的80% 到 90%。而且，组件的绝缘电阻值大小对溶液的温度极其敏感，温度升高，绝缘电阻下降；但是溶液的电导率及溶液对测试组件淹没深度的变化对组件绝缘电阻几乎没有影响。

关键词：薄膜太阳能电池；组件；湿漏电流；绝缘电阻

中图分类号：TM914.4 文献标识码：A

The Influence Factors for Thin-Film Module Wet Leakage Current Test Research

Yang Hansha

(BaoDing Tianwei Thin SolarFilms CO.,LTD BaoDing 071051 )

Abstract：Wet leakage current test is one of the most important reliability tests for solar cells. Experiment for measuring the thin-film module insulation resistance to explore the influence factors for wet leakage current test result. The experiments based on the IEC61646--10.15 standard, Via many experiments in different test condition, such as: wide range of water temperature, different conductance level of water and the submerge depth level. The results indicated that the insulation resistance is just 80% to 90% compared with it’s real value, and it was discovered that the resistance is increasing when the water temperature increase, but it made no difference when the conductance and submerge depth of the water changed a lot.

key words：Thin SolarFilm；Module；wet leakage current；insulation resistance conductivity

0引言

湿漏电流测试是评价薄膜太阳能电池组件在潮湿工作条件下的绝缘性能，来验证组件在雨、雾、露水或溶雪环境下的湿气不会进入组件内部电路的工作部分，否则可能会引起腐蚀、漏电或安全事故，湿漏电流测试是对太阳能电池进行的最重要的可靠性测试之一。在对大量产品进行湿漏电流测试时，发现随着测试次数的增加，组件的绝缘电阻会越测越高，但最终会趋于稳定，此时的电阻值为组件的真实值。且以IEC61646标准的要求为基础，通过改变标准中要求的测试条件，如测试溶液的温度、电导率及浸没组件的深度等发现，溶液的温度对组件的绝缘电阻测试结果影响很大，根据标准要求，湿漏电流测试时，水的温度必须控制在19到25℃之间，但通过大量的实验发现，在19℃和25℃溶液环境下测试得出的绝缘电阻差异很大，故在对产线下线组件进行湿漏测试监控时，严格的温度控制是非常有必要的。水的电导率及液面深度几乎对组件测试没有影响。

1. 实验相关标准（IEC61646―10.15的具体要求）

对组件进行湿漏电流测试目的是为了评价组件在潮湿的工作环境中的绝缘特性，并验证雨、雾、露水或溶雪的湿气不能进人组件内部电路的工作部分，如果湿气进人到该处可能会引起腐蚀、漏电或安全事故。

内装溶液应满足以下要求[1]：

a）电阻率：不大于3500Ωcm

b）温度： 22 °C 3 °C

将组件正负极短接后与耐压仪正极连接，溶液直接用导线与仪器负极相连。升压速率不能超过500V/S。稳压60s后测量电阻值。

2. 试验装置

a）测试所需的装置包括：绝缘耐压测试仪、电导率仪、温度传感器、一个足够大的水槽及盛有相同溶液的喷淋装置。

b)测试示意图

图1 湿漏测试示意图

3.1组件重复测试

对组件进行重复测试，测试方法：电压从0V升至1000V，升压速率200V/s，保压78s后读取组件绝缘电阻值，每次测试完成后对组件进行放电，以确保上次测试的残留电流放电完全，测试结果如下图：

图2 相同测试条件下同一组件的连续测试结果

由测试结果可看出，随着测试次数的增加，组件绝缘电阻会逐渐升高，但最后会趋于稳定，此稳定值为组件的真实绝缘电阻值。所以，平时根据标准要求测试的电阻值，仅为图2中第一个点的值，此值仅为真值的80%到90%。

产生此种情况的原因在于，当对组件进行湿漏电流测试时，组件本身相当于一电容器，而电容本身有其固有的性质。当给组件开始施压后，电流先迅速增加，此时在组件内发生电容充电及绝缘材料（玻璃/PVB）极化现象。当充电完成并且极化后电流上升到最大，然后电流开始缓慢减小，最先消失的是电容电流,此电流很快消失，随后发生极化的分子缓慢恢复原状，其漏电缓慢衰减（对应组件绝缘电阻缓慢升高，最后趋于稳定），此过程是一个长期的过程可能发生几小时甚至几天，是一个无限趋于某一定值的曲线。当极化电流完全消失后，较平稳的漏电流为组件真正的漏电流，该电流不随测试时间变化，对应真实的绝缘电阻，漏电-时间曲线如下图：

所以，连续测量时，漏电流或绝缘电阻无限趋于真实值；

3.2不同浸没深度的影响[2]

根据3.1节重复性测试的结果，在验证其它测试条件对组件性能的影响时，必须在组件绝缘电阻稳定后才能进行其他条件下的测试，以排除因组件绝缘电阻值尚不稳定造成的测试误差。图图为不同液面深度下组件绝缘电阻测试示意图：

图4 不同液面深度下的测试

测试条件：溶液温度：20℃±0.5℃；

电导率：481s。

当溶液未淹没组件前玻璃时，即在水位1时，组件绝缘电阻很大，即组件漏电流很小，当在水位2尚未淹没组时，组件绝缘电阻迅速降低，即漏电流迅速增大，当溶液完全淹没组件后，漏电流再次增大，之后随着淹没深度的增加，组件漏电流趋于稳定，即组件绝缘电阻变化并不明显。测试结果如图5，这表明，组件四边和背玻璃板为组件的主要漏电通道。

图5不同液面深度的绝缘电阻测试

3.3 不同电导率下的测试

测试条件：溶液温度：20℃±0.5℃；

电导率：300s-6000s;

组件被淹没

通过改变液体的电导率，测试组件的绝缘电阻，结果如图5所示，液体电导率从几百升到几千西门子，但组件绝缘电阻仅升高不到1Mohm，说明溶液的电导率对组件漏电流影响很小。

图6 组件在不同电导下的绝缘电阻测试

3.4组件在不同溶液温度下的测试

测试条件：溶液温度：16℃-30℃；

电导率：460s;

组件被淹没

其它测试条件保持不变，对组件进行从16℃至30℃的测试，温度升高约14度，绝缘电阻值从72Mohm下降至18Mohm，下降幅度58Mohm，如图7测试结果：温度-时间曲线并不成正比关系，且温度每升高1度，绝缘电阻约下降4.14Mohm。可见，水的温度对测试结果影响非常大.

图7 组件在不同溶液温度下的绝缘电阻测试

4.结论

4．1湿漏电流测试时，组件相当于一个电容器，且存在电容效应。对组件进行相同条件下的重复测试，组件绝缘电阻会逐渐升高，但最后会趋于稳定，此稳定值为组件的真实绝缘电阻值。所以，平时根据标准要求测试的电阻值，仅为图2中第一个点的值，此值仅为真值的80%到90%。不同工艺及不同原材料制成的组件，其重复稳定性也有很大差异。

4．2 组件前玻璃（front glass）材质为普通超白玻璃，背玻璃（back glass）为半刚化玻璃，组件四边和背玻璃为组件的主要漏电通道。

4．3 组件电导率升高20倍但绝缘电阻变化不到1Mohm,说明电导率的变化对组件漏电流几乎不产生影响。

4．4 溶液的温度是影响组件湿漏电流测试结果的主要因素，温度每升高1℃，绝缘电阻就会下降4.14Mohm，对应漏电流约升高3.98mA，而标准要求当组件面积超过0.1m2,组件绝缘电阻不得小于40Mohm・m2,薄模组件面积一般为1.43 m2,故组件绝缘电阻应不小于28 Mohm，换算成漏电流应不大于0.035mA,IEC61646标准要求温度范围在22 °C 3 °C,温度公差为6 °C，故在对太阳能电池研究过程中，为力求测试准确，在满足标准要求的前提下，尽量保证测试条件一致，特别是溶液的温度控制。

5 参考文献

[1] IEC61646 Thin-Film Terrestrial Photovoltaic(PV) Modules Desing Qualification and Type Approval

[2]Oerlikon Solar Ltd.,Trubbach .IS the IEC61646-10.15 test reliable