P型單晶EL黑斑分析

2020-11-22 索比光伏網

摘要：p型單晶矽太陽電池在el檢測過程中，部分電池片出現黑斑現象。結合x射線能譜分析(eds)，對黑斑片與正常片進行對比分析，發現黑斑片電池與正常電池片大部分表面的成分相同，排除了鍍膜及絲網印刷過程中產生黑斑的可能。利用x射線螢光光譜分析(xrf)測試了同一電池片的黑斑區域與正常區域，發現黑斑處ca含量較大，並出現sr、ge和s等雜質元素。將6個檔位的電池片製備成2cm×2cm的電池樣片，利用光生誘導電流測量了每個電池的外量子效率(eqe)。在460～1000nm波長範圍內，同一電池片黑斑處與正常處的eqe相差較大，說明黑斑的出現與原生矽片缺陷無關，應歸結於電池片生產過程中引入的雜質缺陷。給出了雜質引入的原因以及解決途徑，從而顯著減小了黑斑片產生的機率。

0

引言

晶矽電池組件廣泛應用於光伏發電行業並形成相當大的產業規模，提高電池轉換效率、減少電池的不合格率、優化生產工藝技術是降低發電成本的主要途徑。

目前，國內外對於電池的隱裂、斷柵、裂片等失效分析進行過深入的研究，然而對於黑斑片卻鮮有報導[1]。在p型晶矽電池的大規模生產中，電池的檢驗常用電致發光(EL)檢測儀，根據矽材料的電致發光原理對組件進行缺陷檢測。EL測試的圖像亮度與電池片的少子壽命(或少子擴散長度)、電流密度成正比，太陽電池中有缺陷的地方，少子擴散長度較低，從而顯示出來的圖像亮度較暗[2]。電池製造過程，一般包括制絨、擴散、刻蝕、PECVD鍍膜、絲網印刷、燒結等工序。每道工序過程中，由於存在人為因素、環境因素及機械不穩定等因素，造成矽片的一些缺陷及汙染等，從而影響電池片的性能。因此黑斑片的出現，也許是矽片原材料的問題，也有可能是電池生產工藝的問題。

對電池生產線上出現的黑斑片與正常片做光衰實驗對比，發現兩組電池的衰減基本都在允許範圍內，說明黑斑片的產生與矽片材料質量無關。通常矽片中容易出現「黑晶片」，「黑晶片」呈現圈形年輪狀，其產生的原因主要在於單晶提拉過程中氧雜質分凝以及空位的聚集所產生的呈圈狀分布複合缺陷[3]。EL測試下的黑斑形狀不同於黑晶片，而且產線實驗也已排除原生矽片材料質量問題，因此有必要對黑斑片的產生原因和相關生產工藝進行更加詳細深入的研究。在本文中，我們將黑斑片與正常片做對比試驗，結合X射線能譜(EDS)、X射線螢光光譜(XRF)及外量子效率(EQE)測試，分析了黑斑片的產生原因，給出了解決途徑。

1

實驗

採用NaOH溶液對p型(111)單晶矽片進行去除損傷層和制絨處理，矽片的厚度為190±10μm，電阻率為2±0.5Ω·cm。分別對矽片進行單面POCl3磷擴散，等離子增強化學氣相沉積(PECVD)法單面鍍膜SiNx∶H鈍化，以及背面電極、背面電場和正面柵線電極印刷，最後經過高溫燒結形成較好的歐姆接觸。


利用蘇州中導光電設備有限公司生產的紅外缺陷測試儀EL-S01對生產線上電池片進行測試，從中挑選出7個不同檔位的電池片，包括兩片黑斑片和5個正常片，其詳細性能參數見表1。大量EL測試結果發現，每個檔位電池都會出現黑斑片，但是高效率的電池片出現黑斑的比例較小。對於選中的兩片黑斑電池片，分別在同一黑斑電池片中央截取面積為2cm×2cm的兩個小樣片，其中一個是含有黑斑的樣片。利用X射線能量色散譜分析電池效率19.15%的黑斑樣片和正常樣片，其測試深度為10μm。採用布魯克X射線螢光光譜儀對效率為19.37%的黑斑電池片進行分析，選擇的測量面積是4cm2，即對整個小樣片的成分進行分析。採用美國Newport公司生產的光伏器件量子效率測試系統進行電池的量子效率測試，該系統組件包括鎖相放大器(ModelSR810)、單色儀(SPCS260-USBQEPVS)、標準光源(3502，100～240VAC50～60Hz，25W)和計算機處理系統(Q-basic)。對EL測試選出的5個檔位的正常電池片以及效率為19.37%的黑斑片上的兩個小樣片進行了外量子效率測試和分析比較。

2

電致發光的原理

電致發光成像是利用載流子的電致輻射複合發光原理，對樣品在外加偏壓條件下發出的螢光進行收集成像。由於晶矽太陽電池中少子的擴散長度遠遠大於勢壘寬度，電子和空穴通過勢壘區時因複合而消失的機率很小。在正向偏置電壓下，p-n結勢壘區和擴散區注入了少數載流子，這些非平衡少數載流子不斷與多數載流子複合而發光[5]。如圖1所示，在太陽電池兩端施加正向偏壓時，其發出的螢光可以被靈敏的CCD相機獲得，即得到太陽電池片的輻射複合分布圖像。通過EL測試圖可迅速地檢測出太陽電池及組件中可能存在的複合缺陷，是一種有效直觀的檢測電池片和組件缺陷的方法[4]。


EL測試的圖像亮度與電池片的少子壽命(或少子擴散長度)與電流密度成正比，在有缺陷的區域，其少子擴散長度低，發光強度弱[2]。通過EL測試圖像的分析，可以清晰地發現太陽電池片及組件存在的隱性缺陷。由於電池片中有缺陷區域沒有發出紅外光，故在EL圖像中呈現「黑斑」[6]。

3

結果與討論

3.1EL黑斑

通過EL測試，我們選出效率為19.15%和19.37%兩個檔位的黑斑片，如圖2(a)和(b)所示，可見黑斑位置並不確定、形狀似圓形、而非規則的圓點或同心圓。


利用太陽電池分選機測試實驗電池片的電學性能參數，如表1所示。表中，黑斑電池片的串聯電阻Rs和FF因子較正常電池片稍小，其餘性能參數正常。

光伏行業最新動態，請關注索比光伏網微信公眾號：solarbe2005

投稿與新聞線索聯繫：010-68027865 劉小姐：news@solarbe.com

掃碼關注

相關焦點

  • P型單晶電池黑斑怎麼產生的?
    摘要：p型單晶矽太陽電池在el檢測過程中，部分電池片出現黑斑現象。結合x射線能譜分析(eds)，對黑斑片與正常片進行對比分析，發現黑斑片電池與正常電池片大部分表面的成分相同，排除了鍍膜及絲網印刷過程中產生黑斑的可能。利用x射線螢光光譜分析(xrf)測試了同一電池片的黑斑區域與正常區域，發現黑斑處ca含量較大，並出現sr、ge和s等雜質元素。
  • 如何改善單晶PERC電池片EL黑斑?
    黑斑問題一直是電池片EL不良的前三項問題，黑斑的種類多，從異常的產生來講可以分為兩類，一類為偶然工藝原因，此類主要有不規則、不定期的特點，另一類是規則出現，特徵性強。本文主要針對電池片的EL測試規則黑斑問題展開分析並提出一些意見。
  • 解密:單晶PERC電池EL黑斑問題如何解決?
    【能源人都在看，點擊右上角加'關注'】【 作者 | 董強 四川省質量監督協會常務副會長/通威太陽能（成都）有限公司電池質量部部長】本文從專業角度探究了單晶PERC電池EL黑斑問題。EL黑斑是指電池片在EL測試時，顯現出來的黑色斑狀不良。
  • 多晶黑矽、N型單晶雙面及P型單晶PERC技術優劣分析對比
    光致衰減方面，多晶黑矽光衰約為1.5%，N型單晶基本沒有光衰，而PERC單晶的光衰在2-10%之間，從而導致PERC單晶組件應用在光伏電站後很可能光電轉換效率大幅下降，光伏電站發電量和收益率而隨之大幅下降。2、PERC單晶雙面電池
  • 青海省P型摻鎵單晶研究取得新進展
    青海新聞網·大美青海客戶端訊 2月5日，記者從青海省科學技術廳獲悉，陽光能源(青海)有限公司承擔的青海省重點研發與轉化計劃企業研究轉化與產業化專項「P型摻鎵單晶研發與示範」項目通過驗收。該項目針對P型摻硼太陽能晶體矽電池因自身硼氧複合體造成衰減導致光伏電池效率差異較大的技術瓶頸，通過與青海大學產學研協同攻關的合作模式，依據理論上摻鎵太陽能晶體矽電池穩定的原理和特性，利用單晶爐熱場控制系統數學模型，通過對設計熱場系統結構以及材料選型的進一步仿真分析，探索出適合摻鎵單晶生長的熱場系統和摻鎵單晶製造工藝，在原有的單晶爐生產線上，對單晶爐熱場結構進行了優化，對工藝參數等進行了驗證實驗和優化調整
  • 2017年光伏組件市場「單晶」首次超越「多晶」
    當時，單晶矽型雖然高效率，但價格低廉的「多晶矽型」在價格競爭中顯示出了優勢。但是之後，「單結晶型」逐漸擴大了市場份額，最終奪走了冠軍寶座。根據該報告，2017年太陽能電池(發電組件)的生產量為97.7GW，其中出貨量為93.8GW，其安裝容量為95.1GW。
  • 晶體矽電池組件EL缺陷分析
    缺陷種類二：黑團片缺陷種類三：黑斑片黑斑片一般是由於矽料受到其他雜質汙染所致。通常少數載流子的壽命和汙染雜質含量及位錯密度有關。黑斑中心區域位錯密度>107個/cm2，黑斑邊緣區域位錯密度>106個/cm2均為標準要求的1000～10000倍這是相當大的位錯密度。
  • 中來股份:公司專注於N型單晶雙面太陽能電池的研發、生產與銷售...
    來源：同花順金融研究中心同花順（300033）金融研究中心9月14日訊，有投資者向中來股份（300393）提問， 您好，請介紹下公司電池組件中，p型和n型各佔的比重是多少？目前n型主要應用在哪些下遊，未來的發展趨勢和公司的優勢？
  • 316.6W 樂葉光伏60片P型PERC單晶組件功率再創新高
    西安2016年12月26日電 /美通社/ -- 近日，隆基股份成員企業樂葉光伏收到「LR6-60PE-315M」型單晶組件通過TUV萊茵的測試報告，報告顯示：基於60片P型PERC單晶156*156mm電池組件，在標準測試條件（STC）下的組件功率達到316.6W，功率刷新行業新高。
  • 2018年中國單晶矽片行業市場現狀及發展趨勢分析 性能優勢凸顯 N型...
    2018年，單晶矽片市場份額超過40%，預計2019年將超過50%。隨著異質結電池、N型PERT電池的應用推廣，N型單晶矽片的市場份額也將逐步提高。二多晶矽片的市場份額未來將逐步下降。7、PERC電池持續擴張，N型電池蓄勢待發電池片環節技術路線較多，根據矽片種類可以分為單晶電池和多晶電池，多晶技術路線主要向黑矽多晶、鑄錠單晶路線發展;單晶根據襯底摻雜元素不同分為P型電池和N型電池。P型矽片製作工藝簡單，成本較低，是目前單晶電池主流產品;N型矽片通常少子壽命較長，電池效率可以更高，但是工藝更加複雜。
  • 【深度】2016最新單晶VS多晶對比分析
    另外，在品質方面，以往B-O複合體的存在導致P型電池中單晶電池的衰減高於多晶電池，目前隨著低氧P型單晶的成功研發和推廣應用成為歷史。近年來，隨著單晶降氧工藝技術的進步，單晶中的氧含量大幅降低，低氧單晶的衰減優於多晶。如下圖4所示，低氧單晶組件平均光衰低於普通多晶組件40.5%，低於普通單晶組件62.1%。
  • 中國團隊將SnSe單晶的優異熱電性能更推進一步
    2014年，還在美國西北大學從事研究的趙立東博士與合作者在Nature報導超低熱導率的SnSe單晶，其材料熱電優值在面內的b-軸達到2.6。2015年，北航、美國西北大學、南科大、密西根大學、和加州理工學院合作團隊又在Science報導空穴摻雜的SnSe單晶具有超高功率因子，使器件的熱電優值達到創紀錄的1.34。這些發現，使單晶SnSe的研究迅速成為熱電領域熱點。
  • 鋁件鍍銀出現「黑斑」的原因及其消除
    從原材料、電鍍和噴漆加工工藝等方面對黑斑產生的原因進行了討論，通過表面和截面形貌觀察、電鏡分析、能譜分析等方法對黑斑與正常鍍銀層進行了對比，確定了黑斑為鍍銀層被硫元素汙染所致，並找出了鍍銀層變色的原因，排除了故障。
  • 專注N型單晶高效技術 中來光電攜三款單晶組件強勢亮相PV EXPO 2017
    作為國內領先的高效太陽能電池製造企業，泰州中來光電科技有限公司（下稱「中來光電」）攜雙面雙玻單晶組件、IBC單晶組件與雙面疊片單晶組件三大主推新品強勢亮相此次盛會，博得現場觀眾的廣泛關注與高度肯定。自創立以來，我們一直致力於挖掘產業前沿技術，而通過採用N型雙面電池技術可大大提升組件背面發電效率，最高可達電池正面功率的90%。就日本市場這一光伏成熟市場而言，以技術導向、不斷挖掘和推進尖端技術應用是一直是不變特點。目前，N型IBC技術及HIT技術這兩大尖端技術均已被日本市場接受，並得到了較為廣泛的應用。」
  • 晶科N型TOPCon單晶電池量產效率超24%
    晶科N型TOPCon單晶電池量產效率超24%北極星太陽能光伏網訊:近期，經第三方權威機構德國哈梅林太陽能研究所(ISFH)下屬的檢測實驗室測試，晶科N型單晶電池最高轉換效率達24.9%，再創行業新的世界紀錄。並且最新成果快速從晶科工廠的智能產線快速轉化落地，實現量產效率超過24%。
  • Van Andel reflects on famous Dutch MRI sex study
    Image of coitus from the famous Dutch study of eight couples imaged by MRI during sexual intercourse. All clinical images courtesy of Dr. Pek van Andel.
  • 淺析p型PERC雙面雙玻光伏組件PID現象
    北極星太陽能光伏網訊:通過在「雙85」測試條件下對光伏組件分別施加±1500 V電壓, 分析p型PERC雙面雙玻光伏組件的PID現象, 發現p型PERC雙面雙玻光伏組件在負偏壓下更易發生PID現象, 且背面PID現象較嚴重。
  • 單晶SnSe熱電纖維：從一維功能纖維到多維智能織物
    本文來自微信公眾號：X-MOLNews單晶材料由於其優越的機械穩定性、低光學損耗和優良的導電性能，在高性能光學和半導體工業中應用廣泛。傳統的單晶生長方法由於生長速度慢、製造條件嚴格、加工成本高等因素，限制了單晶材料的種類和應用範圍。
  • 鑄造單晶難點和成本分析
    鑄造單晶雖然雷聲隆隆，但是除了協鑫外，小編暫時還沒有聽說還有哪家矽片企業開始了量產，那麼鑄造單晶的難點在哪呢?一、鑄造單晶的背景鑄造單晶技術不是一個新鮮技術，早在二十年前GTsolar公司為了開發鑄造單晶技術專門研發了GT爐，這爐子就是GT鑄錠爐的前身。
  • P型半導體和N型半導體的形成
    空穴電流的形成好像電影場中，前排座位空著，由後排人逐個往前填補人，人向前運動，空位向後運動一樣。因此，在半導體中同時存在著電子導電和空穴導電，但由於這兩種載流子數量很少，所以本徵半導體導電能力遠不如金屬中的自由電子。P型半導體和N型半導體的形成如果在本徵半導體中摻入少量的雜質，半導體的導電性能將會大大的改善。