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 2.00E+02 2.00E+03 2.00E+04 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, 96(10), 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 13%level 3 23% level 4 19% level 5 13% J0, Eff =J0,clean x f+ (1-f)x(J0,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 R² = 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!