晶硅太阳能单晶电池EL缺陷分析研究-代同光-国家电投集团.pdf

144 ELECTRONICS WORLD・ 技 术 交 流 晶硅太阳能单晶电池EL缺陷分析研究 国家电投集团西安太阳能电力有限公司 代同光 贾光亮 贾永军 郭永刚 王举亮 郭超平 【摘要】 重点分析研究晶硅太阳能单晶太阳电池EL常见缺陷原因，电池片EL常见缺陷主要分为原材料类导致的缺陷及过程引入缺陷类。通 过对常见的EL缺陷分析研究及有利于改善电池片的产品质量，提升电池片成品的良率，还可进一步降低生产成本。 【关键词】 晶硅太阳能单晶电池；EL缺陷；过程缺陷；材料缺陷 1.引言 随着晶硅太阳能单晶电池EL质量要求越来越高，提升晶硅太 阳能单晶电池EL质量变得尤为重要。通过对单晶电池EL缺陷成因 分析研究，可进一步改善电池片EL缺陷现象，实现晶硅电池质量 提升和成本降低的目的。 2.EL技术介绍 EL的测试原理主要是晶体硅太阳电池外加正向偏置电压，电 源向晶硅电池注入大量非平衡载流子，电致发光依靠从扩散区注入 的大量非平衡载流子不断地复合发光，放出光子；再利用CCD相机 捕捉这些光子，通过计算机处理后显示出来，整个的测试过程是在 暗室中进行。有缺陷的地方，少子扩散长度较低，所以显示出来的 图像亮度较暗。 3.常见晶硅太阳能电池EL缺陷 常见晶硅太阳能电池EL缺陷主要分为原材料类导致的EL缺陷 及生产过程引入缺陷类。 3.1 面状EL发暗缺陷 图1 面状EL发暗缺陷 图 1为面状EL发暗缺陷，通过测试分析与正常片相比色度较 暗，通过WT1200面少子寿命测试仪器测试，图2 显示整体面少子发 暗片相比正常片偏低，利用酸溶液抛光电极重新制绒测碘钝化少子 寿命，表1 显示面状发暗少子寿命明显低于正常片。原料面少子主 要与材料存在关联。此种材料缺陷势必导致硅的非平衡少数载流子 浓度降低，降低该区域的EL发光强度。此类原材来异常初步认为 因拉晶过程引入杂质含量过高引起硅片材料本身缺陷，导致电池片 EL测试面状发暗。 图2 面少子对比图 测试发暗片量子响应，与正常片对比，发暗片长波段量子响应明显 偏低，趋势与原材料黑芯片类似长波段明显偏低。测试图片如下所示。 表1 少子寿命对比表 EL图像 抛光电极测试硅材料少子寿命 正常片 56.9 62.9 59.3 63.0 96.4 面状发暗片 21.5 26.7 20.9 20.1 24.4 图3 EL云雾片缺陷 图4 接触电阻大小 DOI10.19353/j.cnki.dzsj.2018.03.075 145 ELECTRONICS WORLD・ 技 术 交 流 3.2 生产过程常见的EL缺陷 3.2.1 EL云雾片缺陷类型1 图 3中分别为晶硅太阳能电池正常片EL 、边角、面状云雾状EL 发 黑缺陷片。通过TLM测试仪器分别测试正常片、边角, 面状云雾状 EL 发黑缺陷片面接触电阻。图4 分 别为测试三类 EL电池片的面接触电阻 数值。数据显示边角, 面状云雾状 EL发黑缺陷区域接触电阻偏大。进 一步通过酸溶液去除电池片正背表面电极，通过四探针测试仪还原扩 散后方阻，图5 分别为模拟测试后对应的扩散后区域方块电阻均值， 数据显示EL云雾状区域方阻相比正常 片及正常区域偏大。 图5 方阻大小 3.2.2 EL云雾片缺陷类型2 对应于扩散后区域方阻偏大，会导致电池片EL云雾状缺陷， 实验分析发现对于部分方阻均匀，如图6 测试显示抛光电池片正负 电极后面电阻测试仪器测试阻值正常的电池片经印刷烧结后仍有少 部分存在烧结不充分面状或区域装EL云雾片现象。经实验验证排 查发现，如图7 此类 EL雾装缺陷电池片多为烧结温度波动异常或是 烧结不充分导致导致。 图6 方阻大小 图7 温度趋势 针对此类EL云雾状缺陷，可通过提升方阻的均匀性，控制烧 结炉温的控温精度，合理的匹配烧结温度、设置合理的烧结炉气体 进气或是抽风大小，降低温度的波动。可降低改善此类EL云雾状 缺陷产生的比例。 3.2.3 点状EL缺陷污染 点状发黑工艺污染主要表现为电池片测试EL时，表面分布大 小不一黑点，如图8所示。 针对此类EL缺陷异常实验设计验证如下 因晶硅单晶电池在生产过程中，制绒后、刻蚀后硅片表面极 易污染，实验选择分别选择槽式碱法单晶制绒设备生产后的硅片及 RENA湿法设备刻蚀后硅片。分别针对不同洁净环境下同批硅片及 同种洁净环境下同批硅片暴露不同时间，其他实验条件一致前提下 进行实验验证。 图8 点状EL缺陷 从表2 、 3、 4可以看出，对于湿法刻蚀后硅片，洁净度越差、 硅片暴露时间越久对于EL点状缺陷的影响越严重，对于制绒后的 硅片在洁净度满足一定要求的前提下未发现明显的EL点状缺陷。 表2 湿法刻蚀后环境区域不用洁净度下EL点状缺陷对比表 洁净度颗粒数 （0.5um颗粒数） 实验数量/片 点状EL缺陷 数量/片 EL缺陷比例 10-20万 50 1 2（轻微） 50-100万 50 10 20 100-150万 50 15 30 150-200万 50 21 42 表3 湿法刻蚀后同环境区域不同放置时间点状缺陷对比表 洁净度（0.5um颗粒数） 实验数量/片 暴露时间/h EL缺陷比例 100-120万 100 1h 15（轻微） 100-120万 100 3h 50 表4 制绒后同样环境区域不同放置时间EL点状缺陷对比表 洁净度（0.5um颗粒数） 实验数量/片 暴露时间/h EL缺陷比例 100-200万 200 1h 0 100-200万 200 2h 0 4.结果与讨论 本文介绍了目前常见的主流晶硅单晶电池的EL缺陷原因，且 生产过程中方阻均匀性、及温度的控温精度对云雾片存在严重影 响，可通过增加方阻、烧结温度的均匀性进一步改善此类EL云雾 片缺陷，洁净度同样对电池片EL点状确认存在致命的影响，持续 改善生产场所的洁净度仍不失为解决点状污染的一项重要措施。可 进一步改善电池片EL缺陷现象，实现晶硅电池质量提升和成本降 低的目的。 作者简介 代同光（1986），男，大学本科，工程师，主要从事光伏电 池制造工艺的维护运行及现场工艺开发工作。