电致发光（EL）测试是检测光伏组件质量的有效方法，能够发现并准确定位光伏组件存在的潜在问题。而无人机EL测试作为一项新兴技术，目前尚无明确的测试规范，且受到多种因素的影响，导致测试误差相对较大。影响EL图像质量的因素主要包括电注入条件、相机参数以及无人机平台的性能。此外，在低电流注入条件下，正常组件也可能出现EL明暗片现象，因此在进行无人机EL测试时，需要设定合理的EL电流注入条件，以避免因测试条件不当而导致的误判。

1.EL测试技术背景
1.1 EL测试技术的发展历程
电致发光（Electroluminescence，简称EL）现象的历史可追溯到1907年，当时英国科学家H.J. Round在研究碳化硅二极管时首次观察到这一现象。然而，直到1936年，巴黎大学的Georges Destriau才通过实验揭示了掺入荧光粉ZnS的蓖麻油在电场作用下的发光原理，这一发现深化了人们对电致发光机制的理解，并为EL技术的发展奠定了理论基础。
尽管电致发光技术的早期研究并未直接针对光伏行业，但其核心机制——电场作用下材料内部电子能级跃迁并伴随光子发射，与光伏效应中的光电转换过程存在相似性。这为EL技术在光伏领域的应用提供了可能。
在光伏行业中，EL测试技术最初被用于光伏硅片的缺陷检测。检测人员通过施加正向偏压，观察硅片在电场激发下的自发光情况，从而能够精确发现并定位硅片中的隐裂、扩散不均等潜在缺陷。这种非接触、无损的检测方式极大地提高了光伏硅片的质量控制水平。
随着光伏产业的快速发展，EL测试技术在光伏行业中的应用日益广泛。从原材料质检到光伏组件成品出厂，再到电站运营维护，EL测试技术都发挥着重要作用。它已成为提升光伏产品质量、确保电站长期安全稳定运行的关键技术，为光伏产业的健康可持续发展提供了有力支撑。
1.2EL测试技术的优势
(1)高效的质量控制：能检测出微裂纹、隐裂、热斑等影响光伏电池、组件性能和寿命的缺陷。
(2)非破坏性检测：EL技术不会对光伏电池、组件造成损害，可在生产过程中多次使用。
(3)提高生产效率：EL技术能快速、准确地检测出光伏电池、组件的缺陷，减少人工检测时间和成本。
(4)优化设计：通过EL技术，可以更好地理解光伏电池、组件的性能，优化设计。
行业内关于光伏电池EL测试有明确的测试标准，包括T/CPIA0020-2020《晶体硅光伏电池电致发光测试方法》、T/CPIA0009-2019《电致发光成像测试晶体硅光伏组件缺陷的方法》以及IEC TS 60904-13《光伏组件电致发光》 。这些标准详细规定了EL测试的操作流程、测试条件和技术规范。用户只需按照这些技术标准对光伏组件进行EL测试，即可及时发现组件中的潜在问题和缺陷，从而确保光伏组件在实际运行中的稳定性和效率。
2.EL测试技术介绍
2.1测试原理
EL测试即太阳能电池电致发光检测，其原理是：晶硅电池PN结中存在由N区指向P区的内建电场，平衡状态下载流子的扩散电流和漂移电流大小相等方向相反相互抵消，PN结内部电流为零，其能带图如图1（a）所示。当给电池加载正向偏压V时，外加电压会削弱PN结中内建电场的强度，势垒高度由P-N结平衡状态下的qV_D下降到q（V_D-V)，其能带图如图1（b）所示。

图1.（a）平衡状态下PN 结能带；（b）正向偏压下PN结能带

正向偏压打破了载流子扩散运动和漂移运动的原有平衡，形成了净扩散电流，促使电子和空穴分别向P区和N区扩散。这些载流子在通过PN结时，因复合消失的概率很小，它们会继续扩散并在相遇时发生辐射复合，释放光子，即电致发光。晶硅电池的EL光谱峰值约1150nm，通过近红外CCD相机捕捉这些光谱，即可得到电池的EL图像。

图2. 晶硅电池电致发光光谱

2.2 EL测试系统介绍
EL测试系统基于晶体硅的电致发光原理，通过向电池施加正向偏压注入非平衡载流子，利用高分辨率CCD相机捕捉组件在近红外光下的图像，从而检测和判定组件的缺陷。该系统主要由恒流源、EL成像相机、暗室环境及图像处理系统构成。恒流源负责提供稳定且可控的电流，激发光伏电池发光；EL相机负责捕捉电池在电流激励下发出的红外或近红外光；为避免外界光源干扰，测试需在暗室环境中进行；图像处理系统则对采集的图像进行预处理和分析，以识别和定位光伏组件中的缺陷。典型EL测试系统的结构如图3所示。

图3.典型EL测试系统

EL测试技术根据应用环境分为室内和户外两种。室内EL测试通常在实验室进行，如图4（a）所示，该环境确保了稳定的温度、湿度和光照条件（符合行业标准），有助于分析光伏电池和组件的内部缺陷，如断栅、隐裂和同心圆等。室内测试主要用于产品研发验证、生产过程质量控制、出厂前的全面检测，以及故障分析与诊断，从而确保产品的性能和质量。
户外EL测试技术又分为便携式EL测试和无人机EL测试。与实验室EL测试相比，户外EL测试引入的变量更多，其无法达到与实验室相同的EL图像质量。
便携式EL测试技术主要用于户外光伏组件的缺陷分析，能有效检测出断栅、隐裂、碎片等各类明显缺陷。但由于相机固定在支架上，每次只能测试单块组件，需要频繁移动支架，因此工作效率低，不适合大规模光伏电站的快速检测。
无人机EL测试技术是近几年开发并逐渐应用的新技术，该技术通过将EL相机搭载在无人机平台上，从而可以大幅提升光伏电站的检测效率。然而，无人机EL测试技术的成像质量会受到无人机平台稳定性及外部环境（如天气、光照、风速等）的影响，进而可能导致图像清晰度下降和测试准确性降低。鉴于影响无人机EL成像质量的因素较为复杂，且光伏行业内尚未针对无人机EL测试技术制定明确的测试规范。所以测试人员在进行户外无人机EL测试时，需要具备一定的光伏理论知识、熟练的无人机操作技能，以及对影响因素的深入理解。因此，户外无人机EL测试结果易受主观因素和误差的影响，故不宜将其单独作为判断户外光伏组件性能稳定性的决定性方法。

图4.（a）室内EL测试系统；（b）便携式EL测试系统；（c）无人机EL测试系统

3.影响EL图像质量的因素分析
3.1电注入条件对EL图像的影响
根据晶硅电池的电致发光理论，EL亮度与少子寿命和电注入条件成正相关。电注入条件主要分为电压注入和电流注入。
（1）电压注入：正向偏压V_f与EL光强正相关，正向偏压越大，EL光强越强，如公式（1）所示，其中I_L是EL光强，A是常数，q是电荷常数，V_f是正向偏压，k是玻尔兹曼常数，T是环境温度：

图5.正向偏压Vf与EL光强的关系

（2）电流注入：注入电流J_f与EL光强正相关，注入电流越大，EL光强越强，如公式（2）所示，其中I_L是EL光强，是常数，n是电池二极管的理想因子，J_f是注入电流。

图6.注入电流Jf与EL光强的关系

根据EL发光原理，当给电池或组件施加正向偏压时，会产生对应的正向电流，进而激发EL现象。虽然理论上使用电压注入与使用电流注入都能激发EL现象。但在实际操作中，由于不同电池技术、不同版型组件的工作电压存在一定差异，这给EL批量测试带来了很大的困难。因此，相较于电压注入方式，电流注入方式更易于实现精确控制与批量测量，已被光伏行业广泛接受并纳入EL测试标准。
3.2 EL成像相机参数对EL图像的影响
EL成像相机在光伏组件EL 测试中，通过捕捉光信号并将其转换为电荷，再经过模数转换生成数字图像，从而实现对电池和组件EL图像的高灵敏度捕捉。而影响相机成像效果的主要因素有曝光时间、光圈、ISO。
曝光时间，也称快门速度，是指相机的快门打开允许光线进入的时间长度。曝光时间越长，进入相机的光线越多，EL图像就越亮。反之，曝光时间越短，进入相机的光线越少，EL图像就越暗。但是，曝光时间过长会导致图像过曝，细节丧失；曝光时间过短则可能导致图像欠曝，细节无法清晰显示。

图7.（a）相机拍摄界面；（b）EL图像亮度随曝光时间的变化关系

光圈是表示镜头中孔径大小的一个比值，是相机镜头中用来控制光线进入量的装置。其大小由f值表示，f值越小，光圈越大，进入的光线越多，EL图像就会越亮。反之，f值越大，光圈越小，进入的光线越少，EL图像就会越暗。光圈的大小还会影响到图像的景深，大光圈可以得到浅景深，使得主体突出，背景虚化；小光圈则可以得到深景深，使得前景和背景都能清晰显示。

图8.（a）相机光圈孔径大小示例；（b）EL图像亮度随光圈孔径大小的变化关系

ISO表示相机感光度，ISO值越高，相机对光线的敏感度越高，图像会越亮。反之，ISO值越低，相机对光线的敏感度越低，图像会越暗。但是，ISO值过高会导致图像噪点增多，影响图像质量；ISO值过低则可能导致图像欠曝，细节无法清晰显示。

图9.（a）相机拍摄界面；（b）EL图像亮度随ISO的变化关系

上述三者相互作用，共同影响成像效果。在实际使用中，需要根据拍摄环境和对象调整这三个参数以获得最佳效果。

素材来源：光伏头条