太陽能電池片常見缺陷處理

北極星太陽能光伏網訊:摘要:針對晶體矽太陽電池缺陷的檢測問題，利用多種測試設備（EL、PL、Corescan等），在電池製作的主要工序段（擴散、鍍膜、印刷、燒結）對矽片和電池片進行檢測，歸納和總結了電池的各種典型缺陷的成因，利用這些檢測手段和分析結果，能夠及時有效地反饋生產過程中產生的缺陷類型，有利於生產工藝的改進和質量的控制。

（來源：微信公眾號「摩爾光伏」）

1、引言

晶矽太陽能電池在製造過程中通常採用制絨、擴散、刻蝕、PECVD、印刷、燒結幾道工序，由於一些機械應力、熱應力及人為等不穩定因素的存在，會不可避免的造成矽片的一些隱性缺陷如汙染、裂紋、擴散不均勻等，這類缺陷的存在大大降低了電池片的光電轉換效率，導致公司增加經濟損失。利用多種測試設備如EL、PL、corescan等檢測矽片、半成品電池及成品電池存在的各種隱形缺陷，改善工藝參數，降低產品的不合格率，為公司提高成品率，大大的降低成本。

2、檢測設備工作原理

2.1光致發光（PL）

PL是檢測原材料的有效方法，如Fig.2-1所示，以大於半導體矽片禁帶寬度的光作為激發手段，激發矽中的載流子，當撤去光源後，處於激發態的電子屬於亞穩態，在短時間內會回到基態，這一過程中會釋放波長為1100nm的光子，光子被靈敏的CCD相機捕獲，得到矽片的輻射複合圖像[1]。

Fig.2-1光致發光

2.2電致發光（EL）

EL與PL工作原理相似，但不同之處在於激發非平衡載流子的方式不同，即在電池的正向偏壓下，注入非平衡載流子（Fig.2-2）。

Fig.2-2電致發光

2.3微波光電導衰減法（u-PCD）

u-PCD主要包括904nm的雷射注入產生電子-空穴對（Fig.2-3a），導致樣品的電導率增加，當撤去外界光注入時（Fig.2-3b），電導率隨時間指數衰減，這一趨勢間接反應少數載流子的衰減趨勢，從而通過微波探測電導率隨時間變化的趨勢得到載流子的壽命。

Fig.2-3a雷射激發

Fig.2-3b微波探測

2.4方塊電阻掃描（SHR）

SHR測試探頭在中心有一個雷射源（Fig.2-4），緊跟著有兩個同心圓環形電容電極，雷射的頻率可以調整。雷射注入產生電子空穴，內建電場將電子空穴分離，將產生表面勢，表面勢反映了SHR信號並且向橫向擴散，內外探頭獲取表面勢。矽片的方阻通過在兩個電容電極測量電勢的比率計算。

Fig.2-4SHR

2.5串聯電阻掃描（Corescan）

Corescan的掃描頭包含一個光源和金屬探針（Fig.2-5），掃描過程中，將電池片短路連接,掃描頭以固定的掃描間距、速度移動，光源照射在電池片上產生光生電流，同時金屬探針在電池片表面划動，測量光照位置的電壓值，電壓值即表徵了電池片正面的串聯電阻的大小。

Fig.2-5Corescan

3、結果及討論

3.1原材料缺陷

原材料的優劣影響電池片的光電轉換效率，有效的檢測原材料的優劣，降低原材料的不合格率，能夠直接減少經濟損失。Fig.3-1所示為「黑晶片」的PL圖片，在光照條件下，黑色區域存在大量的缺陷，它們起到複合中心作用，使得載流子在此處複合時發出較弱的光，而溫場不均勻造成的位錯或雜質氧沉澱導致黑晶片的產生，其電池片的電性能一般顯示為Irev、Rs略高、Rsh較正常，Voc稍低，只是Isc明顯偏小。

Fig.3-1黑晶片

Fig.3-2a為「四角黑」電池片的EL圖片，腐蝕掉正背面電極、氮化矽、PN結後測試其少子壽命，如Fig.3-2c所示，從圖中可看出，電池片黑角區域的壽命相對正常區域嚴重偏低，說明此處存在大量的缺陷，可能原因是矽棒在拉制過程中，外層有汙染或有晶體缺陷產生，而導致矽材料的性能下降。一般電池片的電性能顯示為Voc稍低，Isc明顯偏小，其餘性能參數較正常。

Fig.3-2四角黑

從附表1的IV數據可以看出，整體暗電池片的Voc比正常片低了12mv，通過Fig.3-3的EL圖像（同一亮度）可以明顯看出兩片電池片的差異。腐蝕兩片電池片的氮化矽薄膜、正背面電極、電場及PN結後測得整體暗的電池片平均壽命為8.76us，而正常片的平均壽命為11.45us（Fig.3-3c、d），原材料中含有過多的雜質導致複合增加是造成Voc偏低的主要原因。

Fig.3-3整體暗

北極星太陽能光伏網聲明：此資訊系轉載自北極星電力網合作媒體或網際網路其它網站，北極星太陽能光伏網登載此文出於傳遞更多信息之目的，並不意味著贊同其觀點或證實其描述。文章內容僅供參考。