太陽能電池片常見缺陷處理

:摘要:針對晶體硅太陽電池缺陷的檢測問題，利用多種測試設備（EL、PL、Corescan等），在電池制作的主要工序段（擴散、鍍膜、印刷、燒結）對硅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(chǎn)過程中產(chǎn)生的缺陷類型，有利于生產(chǎn)工藝的改進和質(zhì)量的控制。

（來源：微信公眾號“摩爾光伏”）

1、引言

晶硅太陽能電池在制造過程中通常采用制絨、擴散、刻蝕、PECVD、印刷、燒結幾道工序，由于一些機械應力、熱應力及人為等不穩(wěn)定因素的存在，會不可避免的造成硅片的一些隱性缺陷如污染、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(zhuǎn)換效率，導致公司增加經(jīng)濟損失。利用多種測試設備如EL、PL、corescan等檢測硅片、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(shù)，降低產(chǎn)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(fā)光（PL）

PL是檢測原材料的有效方法，如Fig.2-1所示，以大于半導體硅片禁帶寬度的光作為激發(fā)手段，激發(fā)硅中的載流子，當撤去光源后，處于激發(fā)態(tài)的電子屬于亞穩(wěn)態(tài)，在短時間內(nèi)會回到基態(tài)，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，得到硅片的輻射復合圖像[1]。

Fig.2-1光致發(fā)光

2.2電致發(fā)光（EL）

EL與PL工作原理相似，但不同之處在于激發(fā)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(fā)光

2.3微波光電導衰減法（u-PCD）

u-PCD主要包括904nm的激光注入產(chǎn)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(shù)衰減，這一趨勢間接反應少數(shù)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激光激發(fā)

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激光源（Fig.2-4），緊跟著有兩個同心圓環(huán)形電容電極，激光的頻率可以調(diào)整。激光注入產(chǎn)生電子空穴，內(nèi)建電場將電子空穴分離，將產(chǎn)生表面勢，表面勢反映了SHR信號并且向橫向擴散，內(nèi)外探頭獲取表面勢。硅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(lián)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(chǎn)生光生電流，同時金屬探針在電池片表面劃動，測量光照位置的電壓值，電壓值即表征了電池片正面的串聯(lián)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(yōu)劣影響電池片的光電轉(zhuǎn)換效率，有效的檢測原材料的優(yōu)劣，降低原材料的不合格率，能夠直接減少經(jīng)濟損失。Fig.3-1所示為“黑芯片”的PL圖片，在光照條件下，黑色區(qū)域存在大量的缺陷，它們起到復合中心作用，使得載流子在此處復合時發(fā)出較弱的光，而溫場不均勻造成的位錯或雜質(zhì)氧沉淀導致黑芯片的產(chǎn)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黑芯片

Fig.3-2a為“四角黑”電池片的EL圖片，腐蝕掉正背面電極、氮化硅、PN結后測試其少子壽命，如Fig.3-2c所示，從圖中可看出，電池片黑角區(qū)域的壽命相對正常區(qū)域嚴重偏低，說明此處存在大量的缺陷，可能原因是硅棒在拉制過程中，外層有污染或有晶體缺陷產(chǎn)生，而導致硅材料的性能下降。一般電池片的電性能顯示為Voc稍低，Isc明顯偏小，其余性能參數(shù)較正常。

Fig.3-2四角黑

從附表1的IV數(shù)據(jù)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硅薄膜、正背面電極、電場及PN結后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(zhì)導致復合增加是造成Voc偏低的主要原因。

Fig.3-3整體暗