高效掺镓多晶硅材料体性能对太阳电池性能的影响-张松-航天机电.pdf

高效掺镓多晶硅材料体性能对 太阳电池性能的影响 电池研发部 二 O一八年十月九日 目 录 高效多晶电池现状 掺镓高效晶体硅材料 掺镓多晶电池能效损失分析 组件可靠性测试 结论 Et-Ev 0.77-0.05eV, k 49-21; 0.24 0.77 目 录 高效多晶电池现状 掺镓高效晶体硅材料 掺镓多晶电池能效损失分析 组件可靠性测试 结论 展望 0 0.5 1 1.5 2 2.5 3 3.5 3cm 5cm 7cm 9cm 11cm 13cm 15cm 17cm 19cm 21cm 23cm 25cm 27cm 29cm 31cm 33cm 掺硼硅片电阻 掺镓硅片电阻  黑硅与 PERC技术的组合可以进一步提升多晶电池的量产效率 ， 增强多晶硅太阳电池 路线的竞争力 。 然而普通多晶硅片叠加 PERC后的衰减是该工艺的重要制约因素 。  硅片电阻率控制在 0.8-3Ω.cm范围内 ， 掺镓 硅片能有效 降低多晶 PERC硅片的衰减 ， 同条件下降幅达到 40， 为制备低衰减的多晶 PERC电池提供了良好的基础 。  掺镓多晶硅体性能 - 电阻率 1.11 0.48 0.20 0.24 0.28 0.84 0.55 0.46 0.29 0.33 1.51 1.04 0.77 0.75 0.51 0.00 0.20 0.40 0.60 0.80 1.00 1.20 1.40 1.60 2KW.H 4KW.H 6KW.H 8KW.H 10KW.H 少子 衰减 率趋势 掺镓硅片头部 掺镓硅片尾部 掺硼硅片  掺镓多晶硅的体性能 - 迁移率  霍尔效应测试 - 多子迁移率  散射机制差异  低温区域 缺陷态密度 晶界等结构损失 工作温度区间 主要差异在结构损失 ， 单结构损失需要活性杂质才有效果 2.00E02 2.00E03 2.00E04 2 4 6 8 10 12 14 Hall m obi lit y [ cm 2 V -1 s -1 ] 1000/T [1/K] 150 200 250 300 350 400 450 500 2.80 3.00 3.20 3.40 3.60 3.80 4.00 Hal l mobil ity [cm 2 V -1 s -1 ] 1000/T [K] ◇ Cz单晶硅 △ 掺镓多晶尾中 □ 掺镓多晶头部 △ 掺硼多晶尾中 □ 掺硼多晶 头部 ◇ Cz单晶硅 △ 掺镓多晶尾中 □ 掺镓多晶头部 △ 掺硼多晶尾中 □ 掺硼多晶 头部  掺镓多晶硅的体特性 - 高温特性  晶界比例的增加降低了常规电池磷吸杂工艺的效果； 晶体硅电池工艺对 p型高效多晶硅材料体性能的影响  强调 1. 传统磷吸杂工艺降低体寿命； 2. 杂质 Fe含量降低； 3. 镀膜工艺可以改善 p型高效多晶硅； As cut a-Si PDG a-Si PDG Hyd a-Si GBs electrical activities Chen et al., JAP, 9610, pp.5490-5495, 2004 目 录 高效多晶电池现状 掺镓高效晶体硅材料 掺镓多晶电池能效损失分析 组件可靠性测试 结论 展望  HT-SAAE量产黑硅电池性能分析  体复合对量产铝背场电池效率的影响； 0 2 4 6 8 10 12 J0 [mA /cm2] 批次 - 档位 不同批次不同档位电流损失分析 反射损失 蓝光损失 体复合损失 2 per. Mov. Avg. 体复合损失  体性能 制约主力档电池效率的主要因素之一； 小结体寿命为传统黑硅工艺的制约因素之一； 0 10 20 30 40 50 60 70 80 90 100 300 500 700 900 1100 IQ E R [ ] Wavelength [nm] 掺硼黑硅 掺镓黑硅 1 IQE 掺镓黑硅 2 IQE 掺镓黑硅 3 IQE 掺硼黑硅 R 掺镓黑硅 1 R 掺镓黑硅 2 R 掺镓黑硅 3 R  针对 HT-SAAE 位错簇密度的数值模拟分析  模拟方法 位错簇测绘； 位错簇复合强度定标（色度）； 位错簇复合强度占比测绘； 位错簇有效面积占比 30 level 1 32 level 2 13level 3 23 level 4 19 level 5 13 J0, Eff J0,clean x f 1-fxJ0,level 1 xf1 J0,level n x f n Where f1 f2 fn 1 2500 fA/cm2 2300 2100 1900 1700 位错簇面积占比 Voc[V] FF[] Eff[] J0, Eff, Initial-100 0.6295 79.66 18.98 750 Initial-60 0.6359 79.74 19.19 543 Initial-30 0.6390 80.09 19.37 450 计数 Voc Jsc FF Eff Rs Rsh IVRV2 效率有效 硼镓批量 25205 0.6554 38.546 79.79 20.157 0.0016 528.5 0.09 0.118掺硼 1196 0.6528 38.227 80.20 20.014 0.0016 1315.0 0.07 硼镓共掺 1197 0.6561 38.350 80.01 20.132 0.0016 876.4 0.07 19.7 19.8 19.9 20.0 20.1 20.2 掺硼多晶 4.77 28.34 42.89 19.31 4.68 硼镓共掺 0.75 3.43 26.48 47.62 18.96 2.76 硼镓共掺批量 1.18 5.10 24.23 42.29 23.84 3.36 0.00 5.00 10.00 15.00 20.00 25.00 30.00 35.00 40.00 45.00 50.00 C区同一高度效率档比例  HT-SAAE 硼镓共掺 VS. 硼掺电池性能 掺镓多晶 PERC电池效率增益 硼镓共掺可以有效提升开路电压（ 2mV），同时改善短路电流密度（ 10mA）实现效率 0.2的电池效率增 益。 其中开压和短路电流的增益来源于界面和体复合的改善； 效率增益△ Eta 多晶 PERC提效 0.15  HT-SAAE 硼镓共掺 VS. 硼掺体电池性能 0.00 0.05 0.10 0.15 0.20 0.25 0.30 0 10 20 30 40 50 60 70 80 90 100 0 20 40 60 80 100 效率提升绝对值 档位提升比例 Solid fraction [] 提档比例 效率提升 △Eta │ │镓自然 衰减效率 │– │ 硼自然衰减效率 ││ │硼镓自然 衰减效率 │ │硼自然 衰减效率 │ y -0.0073x 0.4392 R 0.0033 0 0.1 0.2 0.3 0.4 0.5 0.6 0.7 0.8 0.9 1 0 1 2 3 4 5 6 7 8 归一化 衰减时间 天 自然衰减归一化数据 系列 1 线性 系列 1 每天测试组 留存 7天组 硼镓共掺 0.040 0.029 硼掺杂 0.049 0.046 0.000 0.010 0.020 0.030 0.040 0.050 0.060 自然衰减率  HT-SAAE 硼镓共掺 VS. 硼掺体性能 - 自然衰减 0.00 1.00 2.00 3.00 4.00 5.00 6.00 0 2 4 6 8 10 12 14 16 辐照时间 kwh 衰减率曲线 7 非掺镓 电注入 6 非掺镓 无电注入  硼镓共掺 VS. 硼掺体性能 - 光致衰减 0.00 1.00 2.00 3.00 4.00 5.00 6.00 0 2 4 6 8 10 12 14 16 辐照时间 kwh 衰减率曲线 掺镓 电注入 掺镓 无电注入 目 录 高效多晶电池现状 掺镓高效晶体硅材料 掺镓多晶电池能效损失分析 组件可靠性测试 结论 展望  组件可靠性测试 0 0 .5 1 1 .5 2 2 . 5 3 3 . 5 4 0 20 40 60 80 100 120 100 200 300 400 500 600 700 800 900 1000 多主栅组件 f 发电效率与五 栅组件的差异（ ） 发电效率（ ） 辐照强度（ W/ m 2 ） 五栅 16 栅 MBB  多晶黑硅 PERC 电池片 Voc Isc Vpm Ipm Mxp FF CTM 黑硅 PERC20.3 （ 4.99W切半工艺 39.237 9.821 32.352 9.138 301.7 0.767 1.25 Multi301.7W  组件可靠性测试  掺镓多晶电池组件户外测试跟踪图 掺镓硅材料提升体性能且提升效率的同时，有效抑制了光致衰减率 0.00 0.20 0.40 0.60 0.80 1.00 1.20 1.40 1.60 0 20 40 60 80 100 120 掺镓黑硅 18.4 掺镓黑硅 18.6 掺镓黑硅 18.4 掺硼黑硅 18.4 掺硼黑硅 18.6 掺硼黑硅 18.6 0.00 0.50 1.00 1.50 2.00 2.50 0 20 40 60 80 100 120 掺镓黑硅 PERC 19.5 掺镓黑硅 PERC 19.4 掺硼黑硅 PERC 19.5 掺硼黑硅 PERC 19.4 19.8掺镓 PERC电池 19.8掺硼 PERC电池 目 录 高效多晶电池现状 掺镓高效晶体硅材料 掺镓多晶电池能效损失分析 组件可靠性测试 结论 展望  结论 多晶高效掺杂硅片能够提升材料体性能，改善电池效率，大幅降低电池的光致 衰减率。当前制约其发展的，主要是多晶硅材料的金属杂质浓度等级，会大幅影 响电池体复合，以及是主流 PERC结构电池 LeTID衰减的主要原因。  展望 1. 高效多晶硅材料 共掺杂技术 金属杂质原材料，热场，退火，涂层 位错密度控制固液界面平整度，温度梯度，退火工艺优化 2. 高效多晶电池未来市场的决定因素 基础工艺优化空间磷扩散 氢钝化 多晶 PERC结构电池的衰减抑制 LeTID效应 电注入 高效工艺技术的有效叠加 SE，热氧，热退火，高效组件工艺叠加效果。 结论 展望 单晶多晶就是金山银山 报告结束。 谢谢Thanks a lot for your attention