太陽電池在反向偏壓下的發光現象研究

北極星太陽能光伏網訊:基於目前主流的常規多晶矽太陽電池生產工藝，對太陽電池在反向偏壓下發出可見光的形成原因和發光機理進行了分析驗證，結果表明，只有在「擴散」環節前引入金屬汙染才會導致該類異常電池產生，可見光的發射與局部預擊穿及溫度的升高有關。

（來源：微信公眾號「太陽能雜誌」ID：tynzz1980）

01實驗

1.1 實驗儀器

本實驗中，電池的電性能測試採用HALM檢測系統，熱成像測試採用Fluke 公司的Ti55FT紅外熱像儀。

1.2 實驗設計

目前市場上主流的常規多晶矽太陽電池生產工藝流程如圖1 所示。本實驗採用由松宮電子材料有限公司生產的多晶矽片，並基於同樣的主流生產工藝製成太陽電池成品。在製備過程中，在不同環節人為地引入金屬雜質汙染，具體引入汙染的環節及位置如表1 所示，由此製備出a、b、c、d 4 種實驗樣品；另外，按照同一主流生產工藝製成常規太陽電池作為對比組。製備完成後，通過測試觀察哪種樣品會在反向偏壓下出現發光的現象。

02實驗結果與討論

2.1 電性能差異

通過HALM 檢測系統對實驗樣品及對比組太陽電池進行測試，然後對比這些電池的電性能差異，具體對比結果如表2 所示。表2 中的電性能數據為實驗樣品太陽電池的電性能數據減去對比組太陽電池的電性能數據的差值，非絕對值。

從表2 的數據可以看出，4 種實驗樣品均表現出反向電流IRev2 明顯增大且並阻值Rsh 明顯降低。

其中，實驗樣品a 的並阻值下降幅度相對較小，反向電流上升幅度相對較大，與實驗樣品b、c、d 存在差異。造成這一現象的原因可能與汙染的嚴重程度、「擴散」環節製造p-n 結的過程，以及後續的「溼刻去PSG」環節有關。

2.2 外加反向偏壓時實驗樣品的表現

各實驗樣品的外觀如圖2 所示。其中，實驗樣品a 的外觀無明顯異常，實驗樣品b、c、d 的外觀均展現出不同程度的異常。對實驗樣品的外觀產生異常的原因進行分析。實驗樣品a 的汙染發生在「擴散」前，由於「擴散」後的「溼刻去PSG」會將矽片表層汙染清洗掉，因此該樣品的外觀異常不明顯。而實驗樣品b、c、d 均為在「溼刻去PSG」之後再引入金屬汙染，因此實驗樣品外觀的異常相對明顯。

對4 種實驗樣品均外加10 V 的反向偏壓，使用Fluke 公司的Ti55FT 紅外熱像儀測試外加反向偏壓時實驗樣品的熱成像，結果如圖3 所示。熱成像圖像顯示，4 種實驗樣品的汙染位置均有明顯的發紅現象，這與表2 中反向電流值較大這一結果相一致。此外，實驗樣品a 在外加反向偏壓時，汙染位置還存在明顯的發光痕跡，如圖4 所示；而實驗樣品b、c、d 在外加反向偏壓時，樣品外觀無明顯變化。

2.3 對實驗結果的討論

對實驗樣品a 外加反向偏壓時外觀發光的原因進行分析。在現有的生產工藝中，為製備p-n 結，「擴散」環節需經過長時間的高溫以推進擴散，因此，在「擴散」前引入的金屬雜質原子會更容易擴散至p-n 結的耗盡區或接近耗盡區的位置。當太陽電池處於反向偏壓時，其耗盡區的電場會得到增強，導致耗盡區範圍加大，有可能使那些在零偏壓下原本處於耗盡區之外的雜質缺陷進入耗盡區中，如圖5 所示。進入耗盡區的雜質缺陷會導致局部電場的彎曲和進一步增強，在這些位置實現局部預擊穿。預擊穿導致的反向電流會引起對應位置的溫度升高，與熱成像發紅的表現一致。光發射與反向電流密度及溫度呈正相關。

03結語

本文基於目前主流的常規多晶矽太陽電池生產工藝，對太陽電池在反向偏壓下發出可見光的形成原因和發光機理進行了分析和驗證，發現只有在「擴散」環節前引入金屬汙染，才會在外加反向偏壓時發生發光現象。這一發現有助於現場技術人員儘快鎖定存在汙染的環節並進行改善，可縮短異常排查時間，對降低產線不良率有一定的積極作用。

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