技術(shù)實(shí)驗(yàn)：太陽電池在反向偏壓下的發(fā)光現(xiàn)象研究

:基于目前主流的常規(guī)多晶硅太陽電池生產(chǎn)工藝，對太陽電池在反向偏壓下發(fā)出可見光的形成原因和發(fā)光機(jī)理進(jìn)行了分析驗(yàn)證，結(jié)果表明，只有在“擴(kuò)散”環(huán)節(jié)前引入金屬污染才會導(dǎo)致該類異常電池產(chǎn)生，可見光的發(fā)射與局部預(yù)擊穿及溫度的升高有關(guān)。

實(shí)驗(yàn)

1.1 實(shí)驗(yàn)儀器

本實(shí)驗(yàn)中，電池的電性能測試采用HALM檢測系統(tǒng)，熱成像測試采用Fluke 公司的Ti55FT紅外熱像儀。

1.2 實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)

目前市場上主流的常規(guī)多晶硅太陽電池生產(chǎn)工藝流程如圖1 所示。本實(shí)驗(yàn)采用由松宮電子材料有限公司生產(chǎn)的多晶硅片，并基于同樣的主流生產(chǎn)工藝制成太陽電池成品。在制備過程中，在不同環(huán)節(jié)人為地引入金屬雜質(zhì)污染，具體引入污染的環(huán)節(jié)及位置如表1 所示，由此制備出a、b、c、d 4 種實(shí)驗(yàn)樣品；另外，按照同一主流生產(chǎn)工藝制成常規(guī)太陽電池作為對比組。制備完成后，通過測試觀察哪種樣品會在反向偏壓下出現(xiàn)發(fā)光的現(xiàn)象。

02實(shí)驗(yàn)結(jié)果與討論

2.1 電性能差異

通過HALM 檢測系統(tǒng)對實(shí)驗(yàn)樣品及對比組太陽電池進(jìn)行測試，然后對比這些電池的電性能差異，具體對比結(jié)果如表2 所示。表2 中的電性能數(shù)據(jù)為實(shí)驗(yàn)樣品太陽電池的電性能數(shù)據(jù)減去對比組太陽電池的電性能數(shù)據(jù)的差值，非絕對值。

從表2 的數(shù)據(jù)可以看出，4 種實(shí)驗(yàn)樣品均表現(xiàn)出反向電流IRev2 明顯增大且并阻值Rsh 明顯降低。

其中，實(shí)驗(yàn)樣品a 的并阻值下降幅度相對較小，反向電流上升幅度相對較大，與實(shí)驗(yàn)樣品b、c、d 存在差異。造成這一現(xiàn)象的原因可能與污染的嚴(yán)重程度、“擴(kuò)散”環(huán)節(jié)制造p-n 結(jié)的過程，以及后續(xù)的“濕刻去PSG”環(huán)節(jié)有關(guān)。

2.2 外加反向偏壓時(shí)實(shí)驗(yàn)樣品的表現(xiàn)

各實(shí)驗(yàn)樣品的外觀如圖2 所示。其中，實(shí)驗(yàn)樣品a 的外觀無明顯異常，實(shí)驗(yàn)樣品b、c、d 的外觀均展現(xiàn)出不同程度的異常。對實(shí)驗(yàn)樣品的外觀產(chǎn)生異常的原因進(jìn)行分析。實(shí)驗(yàn)樣品a 的污染發(fā)生在“擴(kuò)散”前，由于“擴(kuò)散”后的“濕刻去PSG”會將硅片表層污染清洗掉，因此該樣品的外觀異常不明顯。而實(shí)驗(yàn)樣品b、c、d 均為在“濕刻去PSG”之后再引入金屬污染，因此實(shí)驗(yàn)樣品外觀的異常相對明顯。

對4 種實(shí)驗(yàn)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(shí)實(shí)驗(yàn)樣品的熱成像，結(jié)果如圖3 所示。熱成像圖像顯示，4 種實(shí)驗(yàn)樣品的污染位置均有明顯的發(fā)紅現(xiàn)象，這與表2 中反向電流值較大這一結(jié)果相一致。此外，實(shí)驗(yàn)樣品a 在外加反向偏壓時(shí)，污染位置還存在明顯的發(fā)光痕跡，如圖4 所示；而實(shí)驗(yàn)樣品b、c、d 在外加反向偏壓時(shí)，樣品外觀無明顯變化。

2.3 對實(shí)驗(yàn)結(jié)果的討論

對實(shí)驗(yàn)樣品a 外加反向偏壓時(shí)外觀發(fā)光的原因進(jìn)行分析。在現(xiàn)有的生產(chǎn)工藝中，為制備p-n 結(jié)，“擴(kuò)散”環(huán)節(jié)需經(jīng)過長時(shí)間的高溫以推進(jìn)擴(kuò)散，因此，在“擴(kuò)散”前引入的金屬雜質(zhì)原子會更容易擴(kuò)散至p-n 結(jié)的耗盡區(qū)或接近耗盡區(qū)的位置。當(dāng)太陽電池處于反向偏壓時(shí)，其耗盡區(qū)的電場會得到增強(qiáng)，導(dǎo)致耗盡區(qū)范圍加大，有可能使那些在零偏壓下原本處于耗盡區(qū)之外的雜質(zhì)缺陷進(jìn)入耗盡區(qū)中，如圖5 所示。進(jìn)入耗盡區(qū)的雜質(zhì)缺陷會導(dǎo)致局部電場的彎曲和進(jìn)一步增強(qiáng)，在這些位置實(shí)現(xiàn)局部預(yù)擊穿。預(yù)擊穿導(dǎo)致的反向電流會引起對應(yīng)位置的溫度升高，與熱成像發(fā)紅的表現(xiàn)一致。光發(fā)射與反向電流密度及溫度呈正相關(guān)。

03結(jié)語

本文基于目前主流的常規(guī)多晶硅太陽電池生產(chǎn)工藝，對太陽電池在反向偏壓下發(fā)出可見光的形成原因和發(fā)光機(jī)理進(jìn)行了分析和驗(yàn)證，發(fā)現(xiàn)只有在“擴(kuò)散”環(huán)節(jié)前引入金屬污染，才會在外加反向偏壓時(shí)發(fā)生發(fā)光現(xiàn)象。這一發(fā)現(xiàn)有助于現(xiàn)場技術(shù)人員盡快鎖定存在污染的環(huán)節(jié)并進(jìn)行改善，可縮短異常排查時(shí)間，對降低產(chǎn)線不良率有一定的積極作用。

原標(biāo)題:太陽電池在反向偏壓下的發(fā)光現(xiàn)象研究