PL光致发光在光伏电池检测中的应用

PL 光致发光在光伏电池检测中的应用PL 光致发光光致发光在光伏 在光伏在光伏电池 电池电池检测中的应用 检测中的应用董培明一 、 光致发光光致发光的概念与用 的概念与用的概念与用途 途光致发光（ Photoluminescence, 简称 PL）是半导体材料的一种发光现象。是指半导体中的电子吸收外界光子后被激发，处于激发态的电子是不稳定的，可以向较低的能级跃迁，以光辐射的形式释放出能量的过程。发光的频率、相位、振幅、方向、偏振态等，携带了材料的大量基本信息，是一种探测材料电子结构的非常重要的方法。 另外它与材料无接触， 不损坏材料， 并且灵敏度高且信息准确， 被广泛应用于材料的带隙检测， 杂质等级与缺陷分析， 及材料的复合机制研究和材料的品质鉴定等各个领域。二 、 PL 检测检测在光伏产业中的应用是 在光伏产业中的应用是在光伏产业中的应用是必然趋势 必然趋势近年来，光伏产业发展迅猛，特别是中国大陆，太阳能电池投资异常巨大，上千家光伏企业， 产能已明显过剩， 另外欧美经济危机也极大影响了企业的销售额与发展， 合并和淘汰是这个行业必然的趋势。 因此， 要想在这个关键的时期立于不败之地， 提高产品的效率和降低生产成本就成为了整个行业的目标。在太阳能电池的生产过程中，会出现许多严重的问题，如杂质、碎片、隐裂、黑心表面污染、扩散不均、电极不良等等，正是这些缺陷限制了电池的光电转化效率和使用寿命。同时， 由于没有完善的行业标准， Si 片原材料质量也是参差不齐， 一些缺陷片的存在直接影响到组件乃至光伏系统的稳定性。 因此， 太阳能行业需要有快速有效和准确的定位检验方法来检验生产环节可能出现的问题。基于以上国内外行情及生产线上的问题诉求， PL 光致发光检测系统在光伏产业中的应用就至关重要，这是由 PL 可对整个生产线检测及具有极高的检测速度所决定的。 PL 能够在线和离线对硅片、绒面、扩散、刻蚀、 PECVD、电极印刷、烧结、电池片等各个工艺环节进行检测和分析；是分析工艺问题，提高成品率，降低成本必不可少的关键设备，为产品质量和公司品质提供了完全可靠的保障。三 、 光伏电池 PL 检测的基本原理PL 光致发光为光伏电池缺陷检测提供了不可取代的解决方案。既然如此重要，那必然要了解一下它的原理。通常利用特定波长的激光作为激发光源， 提供一定能量的光子， 样片中处于基态的电子在吸收这些光子后而进入激发态，处于激发态的电子属于亚稳态，在短时间内会回到基态，并发出 1150 nm （ SI 电池为例）左右的红外光为波峰的荧光。利用高灵敏高分辨率的照相机进行感光，然后将图像通过通过软件进行分析。发光的强度与本位置的非平衡少数载流子的浓度成正比， 而缺陷将是少数载流子的强复合中心， 因此该区域的少数载流子浓度变小导致荧光效应减弱， 在图像上表现出来就成为暗色的点、线，或一定的区域，而在样片内复合较少的区域则表现为比较亮的区域。因此，可PL 光致发光通过观察光致发光成像，来图 1 是 PL 检测系统的简单的结果，与理论一致，并且图 1、 PL 光致发光系统简四 、 PL 系统的系统的分析结果 分析结果1． 完整的在线检测分析。PL 光致发光检测系统可对独一无二的可整体检测的系统间小于 1 秒。实例 Bare wafer-Textured-图 3、 PL 检测 bare waferBare Wafer 致发光在光伏电池检测中的应用来判断样片是否存在缺陷，杂质等等最终影响电池效的简单示意图，图 2 是合能阳光公司的对晶体硅并且信号很强。系统简单示意图 图 2、 Henergysolar 检测统可对电池生产过程中各个工艺进行检测， 进行问题的的系统， 并且可以真正实现在线检测， 检测速度非常快-Diffused-PSG-ARC-Cell wafer 结果 图 4、 PL 检测 Textured waTextured Wafer 应用电池效率的因素。PL 发光波峰检测检测发光波峰结果问题的精准分析。 是非常快， 每片检测时ed wafer 结果PL 光致发光图 5、 PL 检测 diffused 图 7、 PL 检测 diffused wa通过 PL 系统分析，可精确damage 等； 后续的工艺乃至最进行了优化， 最后不会明显减低终影响到 cell 效率。2． 少子寿命的分析图 9、指定具体位置的少子PL 系统可以分析整个面及Diffused Wafer ARC Wafer 致发光在光伏电池检测中的应用wafer 结果 图 6、 PL 检测 PSG wafered wafer 结果 图 8、 PL 检测 PSG wafer可精确定位到 diffusion 这一步有问题， diffusion乃至最后的电池片结果说明， 厚度不均的问题在之后的显减低 cell 效率， 而滚轮的 damage 影响到之后所有的少子寿命结果 图 10、 整个检测面少子寿个面及内部指定位置的少子寿命，并可以分析不同寿命PSG Wafer Cell Wafer 应用afer 结果afer 结果on 厚度不均，滚轮之后的环节对 wafer后所有的环节， 并最少子寿命的综合分析同寿命的原因。PL 光致发光3． I-V 曲线分析图 12、电池PL 光致发光系统可以对电电池的校准后，可以代替专门4． EL 检测分析致发光在光伏电池检测中的应用图 11阳光独家检测PHYS公司新上市检测系统。通过这个结的找到去头尾线质提供非常快速另外，立体样品进行不同角图 11、电池片 I-V 曲线结果以对电池进行 I-V 曲线测试，在需要的情况下，替专门市场上的 I-V 曲线测试仪。图 13、电池片 EL 结果应用晶锭 PL 结果为合能检测，设备是匈牙利新上市 PL 光致发光这个结果可以很明显头尾线，为晶锭的品常快速和精准的检测。立体检测，可以对不同角度的分析。PL 对晶锭的检测PL 的 I-V 经过标准PL 光致发光图 13、 EL正向偏置检PL 光致发光的系统中的可以完全取代专门的 offline EL5． PL 系统检测结果与其他设合能阳光的 PL 检测系统致发光在光伏电池检测中的应用偏置检测结果 图 14、 EL反向偏置检中的 EL 模块，可以清楚检测到电池片中包括隐裂在内ine EL 检测设备。其他设备对比图 15、 PL 结果与 Semilab 少子对照系统不仅可准确计算出少子，并且可通过各种结果来应用偏置检测结果裂在内的各种缺陷，结果来分析少子寿命PL 光致发光在光伏电池检测中的应用降低的原因。这是其他设备无法实现的。五 、 总结PL 检测系统能够适用于单晶硅片及电池、多晶硅片及电池、薄膜电池、化合物电池等几乎所用的太阳能电池。能够检测少子寿命、串联电阻、进行硅片分类、检测各种缺陷、暗条件 I-V 曲线、光照条件 I-V 曲线等完整的一系列参数。检测速度快，时间小于 1 秒，精度高， 能实时找到每个致效率降低的缺陷和原因， 真正实现了在线的准确快速检测， 是减低生产成本，提高电池品质，产品竞争力革命性增长的必不可少的检测设备。