P型单晶PERC烧结条件与LeTID改善研究-余浩
清洁能源系统集成运营商 单晶PERC电池烧结优化与LeTID的改善研究 余浩 2019.11.21 正泰新能源简介 LeTID的现状和影响 LeTID的背景、机理以及控制方法 单晶PERC烧结优化结果 总结 目录 正泰新能源清洁能源解决方案提供商 正泰新能源成立于2009年,注册资金81.2亿元,是集能源开发、建设、运营、管理于一体的综合 能源服务商。致力于提供光伏电站、储能、配网售电、热电、智能微电网、多能互补等能源解决方案。 全球累计投建光伏电站4000兆瓦,国内领先的民营光伏电站投资运营商;光伏组件产能2500兆瓦, “浙江制造” 标准起草者;分布式户用系统装机超90000户,全国前列。 全面布局热电联产、生物质、燃气三联供、储能等城市综合能源服务项目。其中,海宁热电项目已经投 产,全国生物质项目正在落地,上海正泰园区首个大型储能项目已投运。 光伏 储能 配网/售电 多能互补 LeTID对现有商业组件的影响 Fraunhofer CSP报道了对市场上商业获取的6 组单晶PERC 和3 组多晶PERC 组件的LeTID 测试结果。 所有多晶PERC 组件的LeTID 衰减小于2;单晶PERC 组6 组中有5 组衰减大于2。 PVEL 调差结果LID/ LeTID引起人们极大的关注 Source Pander et al., 2018 Benchmarking commercially bought modules for LeTID 75 ℃, Isc-Imp, 690 hrs Source PVEL survey, 2018 Responses to PVEL Survey of Downstream Partners; What module defeats concern you the most LeTID的背景 需要较高的温度进行激发,通常为75 ℃或85 ℃,1sun 温度越高,衰减越大,恢复越快,且通常恢复长达上千小时 衰减-暗退火恢复过程不可逆 多种类型硅片都存在LeTID 问题CZ -Si/mc-Si/FZ/n-Type 等 Friederike Kersten. et. al. Solar Energy Materials Solar Cells 142 2015 Niewelt, T. et al., J. Appl. Phys.121, 185702 2017. [Fraunhofer] Chen D. et al., Sol. Energ. Mat. Sol. C. 185, 174–182 2018. [UNSW] LID主要由BO 缺陷对引起 常温光照条件下就能够发生,衰减-恢复过程可逆,且较快。 因为与氧含量的关联,通常单晶LID 显著高于多晶硅片 通常采用25 ℃,≤ 1sun的衰减条件来引发 LID LeTID A B C BO机制 Luka, T. et al.,. physica status solidi . 2017, 11 Henri Vahiman et. al. Energy Proedia 1242017 188-196 Fraunhofer的研究发现 晶界区衰减反而较小,可能与吸杂有关 衰减严重的区域存在Cu元素的杂质颗粒 LeTID的可能衰减机理如右图所示 高温过程中Cu杂质的沉淀,溶解,结合和离化过程能够解释LeTID 的高温慢速衰减的问题 LeTID可能的机理-金属诱导衰减 铜沉淀 高温快加热 铜原子 固溶解 冷却 Cu-X 原子分散 光照 Cu-X* 离化 光照温度 Cu原子X 断键 复合中心 晶界 光照温度 慢扩散 X为掺杂原子 1 sun 75℃ 衰减后 B A UNSW提出Bucket “四态”理论解释,解释了“暗退火-暴晒”的不可逆过程 H原子,以及H与其他杂质原子的复合物被认为是引起衰减的根源 Svenja Wilking et.al. 29th European Photovoltaic Solar Energy Conference and Exhibition Stuart Wenham et. al. 7 th World Conference on Photovoltaic Energy Conversion, 2018 R/A/B/C“四态” 拟合浓度变化 过程 LeTID可能的机理-H诱导衰减 Stuart R. Wenham,. Ieee J Photovolt [J]. 2016, 6 6, 1473-1479. Giso Hahn et. al., Ieee J Photovolt [J]. 2016, 1051-1054. Annika Zuschlag et. al. Proceeding of 32nd European Photovoltaic Solar Energy Conference 2016 498 采用低H含量钝化界面材料 吸杂等方式可以降低LeTID 衰减 通过优化电池制备的热过程二次低温烧结,丝网烧结优化, 载流子注入 热过程的方式处理电注入/光注入(LED 或激光) LeTID的抑制 0 10 20 30 40 100 200 300 400 500 600 700 800 900 a T em p er at u r e/ o C Time/s 760- o C 760 o C 760 o C 不同峰值温度的优化 保证曲线升降温斜率不变的情况下,改变烧结曲线不同峰值温度 降低峰值温度有利于减少烧结过程中的少子寿命损失 降低峰值温度有利于降低LeTID LeTID的抑制 烧结优化 -20 0 20 40 60 80 100 120 80 100 120 140 160 180 200 220 240 Firing t ef f s TimeH 760- o C 760 o C 760 o C b 烧结曲线的优化 基于产线浆料烧结允许范围内优化烧结曲线 对峰值温度,半峰宽和高温段冷却速率进行优化 烧结方式相当于由高温快烧→低温慢烧 优化组电池衰减优于BSL 条件 LeTID的抑制 烧结优化 组件户外衰减结果 烧结优化组件和BSL 组件进行户外暴晒48KWH 烧结优化组件功率衰减0.36-0.47,约为BSL 组件的一半 LeTID的抑制 烧结优化 批量电池片投产结果 采用上述工艺条件在产线进行批量试产 Eff提升约0.05,主要体现在Voc 和Isc上有一些提升 Voc的提升推测主要与烧结过程中减少少子寿命的损失有关 Eff VocmV JscmA/cm 2 FF Counts BSL - - - - 19414 ΔRD-BSL 0.05 0.8 0.03 -0.02 6192 Δ rel 0.22 0.12 0.07 -0.02 LeTID的抑制 烧结优化 批量组件投产结果 烧结优化电池制备组件和BSL 电池组件各40 块组件进行对比 相同效率档RD烧结工艺相比BSL ,组件功率提升约0.6 -0.8W 394 396 398 400 P o we r w LeTID的抑制 烧结优化 总结 目前商业化单多晶背钝化组件仍存在LeTID 衰减,下游客户普遍关注这一问题 LeTID与LID 衰减特征有明显差别,目前LeTID 的机理主要有金属杂质诱导衰减和H诱导衰减 衰减抑制通过采用低H含量钝化介质层,优化热处理过程和载流子注入 热量等方式进行抑制 本工作在丝网烧结过程中,通过对烧结峰值温度、半峰宽和高温段的冷却速率进行微调获得优化工艺条件 通过烧结优化工艺制备电池片和组件,其衰减均优于BSL 条件;同时电池量产效率有约0.05的提升,组件 功率有约0.6W -0.8W的提升 Thank you for your attention