异质结电池测试技术的发展 和经验总结（维信科技王宇昶 ）

IVT SOLAR 上海伟信 • 新能源科技为太 阳 能 及 光 伏 行 业 提 供 完 整 的 测 试 方 案 7/12/2019 test solutions for the photovoltaic community 7/12/2019 异质结以及其它高效电池的测量和损耗分析技术 2 异质结电池测试技术的发展和经验 总结 ❖ 测试：异质结电池极高的电容效应以及应对 解决方法 ❖ 监控：非接触的 PL技术用于提升 HIT电池生产 工艺的监控能力 ❖ 介绍维信科技测试设备和检测能力 HIT电池的高容性特征对于测试的影响 迟滞效应 (Hysteresis Effect) 资料来源： N. Rebea et PASAN SA τ is the minority carrier lifetime, n is the diode quality factor, 定义：迟滞误差 /hysteresis error (ε)： 最大功率点的迟滞误差： 以上电路可以简化为如下的等效电路： Req：串阻的等效电阻， Veq： 等效电压 资料来源： Q Gao 扫描速度： dVdt越大， “充电电流” Ic也就越大， 源表读到的电流就越小。 Scan from Voc -→ Isc 当从 Voc -→Isc扫描， HIT电池的结电容向负载“放 电”，流经电阻负载或者源表的电流是电池电流 ＋ 电容的“放电电流”。 电容的“放电电流” : Ic＝ Cd dVdt; 扫描时间越短， dVdt越大， Ic也就越大。 76.00 77.00 78.00 79.00 80.00 81.00 82.00 83.00 84.00 85.00 86.00 87.00 50 100 150 200 250 300 350 400 450 500 550 FF (%) @Isc Voc FF (%)@Voc Isc 20.60 20.80 21.00 21.20 21.40 21.60 21.80 22.00 22.20 22.40 22.60 22.80 23.00 23.20 23.40 50 100 150 200 250 300 350 400 450 500 550 Eff (%) @Isc Voc Eff (%)@Voc Isc HIT电池的迟滞效应 vs 扫描时间 最大功率点的迟滞误差 与 扫描时间呈 指数关系 说明： ➢ 效率偏差 vs 曝光时间是指数关系，对于此效率 22% 的 HIT电池，只有当曝光时间“足够长”，比 如 300ms之后，其 FF/Eff 对应扫描时间接近“线性关系”， ➢ 这说明，短脉冲曝光的模拟器，不能简单地通过“增加修正系数，缩短曝光时间”的方法，来 提高生产节拍。 ➢ 只有当曝光 -扫描时间“足够长”，就可以采用修正系数的方法获得 FF ➢ FF的损耗分析； ➢ Voc的耗损分析； VS-6821S： I-V Tester ➢ 精确测量 d定标各种类型电池效率； ➢ 复制标片； ➢ 适用于： 9BB/12BB/0BB/叠瓦 /IBC 7/5/2019 26J.W.Ho et al, Energy Procedia,vol.150, 21-27, 2018 电池片功率损耗分析 钝化 串联电阻 金属化 并联电阻 非理想因素 光学 蓝光损失 基体收集损耗 • 表面 J01, J02（ 未知 ） • 背面 /基体 J01, J02（ 未知 ） • 电池边缘 J01（ 未知 ） • 表面 J01, J02（ 未知 ） • 背面 J01, J02（ 未知 ） • 表面 /背面细栅电阻（已知） • 表面 /背面接触电阻（ 未知 ） • 发射极电阻（已知） • 基体电阻（已知） • 金属复合（ 未知 ） • n=2 的复合（ 未知 ） • 电池边缘复合（ 未知 ） • 金属遮蔽损失（已知） • 减反膜反射损失（ 未知 ） • 前表面光子逃逸（ 未知 ） • 近红外光吸收损失（ 未知 ） • 减反膜吸收 • 前表面光子复合 • 发射极扩散深度 • 基体扩散长度 • 背面复合 27 Jsc损耗机理 电池实际 EQE 蓝光损耗 工艺优化：扩散深度， 介质膜的材料质量、 钝化工艺、制绒工艺 减反膜的反射 工艺优化：减反膜的厚 度和工艺质量，制绒的 质量 金属遮蔽 工艺优化：主栅数量， 镂空比例 非均匀损耗 综合影响：硅片质量， 减反膜，制绒，背钝 化 基体收集损耗 硅片厚度，背面的复合 前表面光子逃逸 工艺优化：背钝化工艺、 背面抛光质量 近红外光吸收损耗 工艺优化：背电场，背钝化工 艺 AM1.5G 太阳光谱AM1.5G 太阳光谱 7/12/2019 异质结以及其它高效电池的测量和损耗分析技术 Isc/Jsc分析设备简介： PVE300-IVT 设备所具备性能： ❑ 超小光斑： ≤ 1mm x 5mm， 光斑能够 落在细栅之间； ❑ 带视像系统，能够清晰地确认 光斑的 落点 ❑ 配置 X-Y可移动测试台，能够测量电池 片上任何位置的 EQE_IQE。 ❑ 带积分器，能够在 EQE的同一点测量 电池的反射率及 IQE。 ❑ 单色测量光斑 ≥ 170mm x 170mm; 不均 匀性： 5%; 能够均匀覆盖整个电池片 和小模组； 287/12/2019 异质结以及其它高效电池的测量和损耗分析技术 Isc/Jsc分析设备简介： PVE300-IVT 设备所具备性能： ❑ EQE_IQE的光谱范围 : 300nm -1700nm； ❑ 小光斑 EQE_IQE的测量重复性精度： ▪ 300nm – 400nm： 0.5% ▪ 400nm – 1100nm: 0.15% **: 重复性精度决定了 Isc分析的灵敏度 /分辨率。要想精确 地分析的工艺改善对于 Isc的影响，系统的重复性精度一定 要好。 ❑ 小光斑 EQE_IQE的测量速度 /时间 ：小于 90sec /曲线。 **: 为使测量分析具代表性，一般会测量多点 5/9/16点的 EQE和 IQE，快速测量及时反馈对于产线工艺监控是非常重 要的 。 29 ❑ 测试台配置无遮挡 的探针，能够精确 测量电池实际的 Isc。 ❑ Option：可以配置双 面电池专用测试台： 具红外光谱吸收特 性的台面。 7/12/2019 异质结以及其它高效电池的测量和损耗分析技术 PVE300-IVT 的测量软件和分析软件 307/12/2019 异质结以及其它高效电池的测量和损耗分析技术 测试软件含英国 BenWin+测量软件： ➢ 电池片光谱响应 （ SR）； ➢ 电池片外量子效率（ EQE）； ➢ 电池片反射率 （ Rf） ➢ 电池片内量子效率（ IQE）； ➢ 电池片透射率 （ Tr）； ➢ 软件计算电池片短路电流密度 Jsc; ➢ 可输出图片、文本和 excel ➢ 实时显示测试的曲线； ➢ 软件支持对测试结果进行各种运算 ➢ 预装正版操作系统和基本 office软件 . SERIS电池电流损耗分析软件， 分析： ✓ 前表面减反膜的反射 (ARC Reflectance) ✓ 前表面光子逃逸（ front surface escape） ✓ 蓝色光的损耗 (Blue / Short Wavelength Loss) ✓ 可见光收集损耗 (Base Collection Loss) ✓ 近红外光寄生吸收（ NIR Parasitic absorption） ✓ 前表面金属遮蔽 (shading) ✓ 非均匀损耗 (Non-Uniformity)。