双面电池、PERC电池等Jsc & Voc & FF耗损分析技术-伟信新能源

双面电池、 PERC电池等 Jsc & Voc & FF耗 损分析技术 何 忆 飞，王宇昶， 张 余 上海伟信新能源科技有限公司 Yifei.he@ivt-soalr.com ＊ 以 HIT电池结构为例，介绍影响电池 FF、 Voc、 Jsc损耗的因素 ＊ Jsc损耗分析的方法及相关软件 ＊ FF、 Voc损耗分析的方法及相关软件 ＊ 电池各项损耗对应的工艺 目前国际上 高效 电池 领先 水平 High efficiency-Latest records Voc (mv) Jsc (mA /cm²) FF(%) Eff (%) type Panasonic 0.750 39.5 83.2 24.7 SHJ SunPower 0.737 41.3 82.7 25.5 PC+BC Panasonic 0.740 41.8 82.7 25.6 HJ+BC Kaneka 0.738 42.7 84.9 26.7 HJ+BC SHJ: Heterjunction, PC: Passivated contact, BC: Back contact 常规 HIT电 池结构 以 三洋的 HIT为例 ， HIT电池工艺如下： 在 经过清洗制绒的 N型 c-Si正面依次沉积厚度为 5～ 10nm的本征 a-Si:H钝化层和 p型 a- Si:H发射极，在 p-a-Si:H薄膜上再沉积一层 TCO薄膜，再在 TCO上制作金属电极。在硅片背 面一次沉积厚度为 5～ 10nm的本征 a-Si:H钝化层和 n型 a-Si:H以形成被表面场，在 n-a-Si:H薄 膜上再沉积一层 TCO薄膜，再在 TCO上制作金属接触。最后，对电池进行边缘隔离和测试分 选。 太 阳 能电池本身有电阻，一类是 串联电阻 ，另一类是 并联电阻 （又称旁路电阻）。串 联电阻主要是由于半导体材料的体电阻、 金属电极本身的电 阻、金属电极与半导体材料的 接触电阻以及扩散层横向电阻四部分产生，记为 Rs；而并联电阻是由于电池表面污染、半 导体晶体缺陷引起的边缘漏电或耗尽区内的复合电流等因素产生，记为 Rsh。 FF损耗因素 — 电阻 、 载流子复合等 Voc损耗因素 — 载流子复合 太阳能电池的工艺过程中，载流子数量是决定 Voc的一大因素： Jsc损耗主要因素 — 光损耗 J.Wong et al,IEEE JPV,VOL.5,NO.2(2015)619-626 J.W.Ho et al, Energy Procedia,vol.150, 21-27, 2018 J.W.Ho et al, 45th IEEE PVSC, Hawaii, USA, 2018 通过完整电池量子 效率曲线（ EQE）、电池细栅之间量子 效率曲线（ EQE）、 池细栅之间反射率曲线（ Ref）等，计算出以下各项光损耗，从而得到 Jsc的损耗 分析结果。 Jsc损耗分析 Jsc损耗分 析图表 FF & Voc 损 耗分析 — SolarEye软件 Solareye是一款太阳能电池损耗分析软件，可以通过内含的仿真软件 Griddler建立一个 和实际测量样品几乎完全一样的电池模型（该模型的精细程度可以达到完全复制电池片形状、 栅线数量、栅线形状和焊点分布等参数），同时还可以拟合出电池模型的各个参数（如栅线 接触电阻，电池边缘复合等 ），然后与实测电池片 PLEL图像进行反复匹配，得 到一个完美的 电池模型和匹配实际电 池 的 参 数 ；从而准确计算出电池片的理想效率值，实际效率值，以及 各项损耗分别是多少，进而得到一幅直观的电池各项损耗分析图。 J.Wong et al, IEEE JPV, vol. 6, no.6, pp. 1421-1426, 2016 软件自动匹配过程 J.W.Ho et al, 45th IEEE PVSC, Hawaii, USA, 2018 （ 1） .在 Solareye中，输入电池工艺参数，即可实时计算电池理想状态下的 I-V 特性参数： （ 2） . Solareye将理想状态与实际状态下的电池参数进行比较，基 于拟合后得到 的电池参数对电池进行损耗分析，计算出电池参数对 Voc和 FF的影 响，如下图分 别为 Voc与 FF损耗分析图： J.W.Ho et al, 45th IEEE PVSC, Hawaii, USA, 2018 （ 3） . 同理， Solareye将理想状态与实际状态下的电池参数进行比较 ，还可以 得到 功率 损 耗分析图： J.W.Ho et al, 45th IEEE PVSC, Hawaii, USA, 2018 （ 4） . 基于 SolarEye中强大的仿真计算软件 Griddler，当软件建立了与实际电池 片一致的模型之后，改善电池片相关参数，可以实时计算出电池最终 Voc、 FF、 EFF的增益，以及具体增加多少。 J.W.Ho et al, 45th IEEE PVSC, Hawaii, USA, 2018 J.W.Ho et al, 45th IEEE PVSC, Hawaii, USA, 2018 工 艺调试的过程 ，还有一个重要的问题： 电 池面上分布的一致 性、均 匀 性， 此时 Voc /Rs / Jo 的 mapping 图像以及量化的分布状况对于工艺控 制具有直观的 指 导意义 。均 匀性控制好了之后， 减小 J0会有更明 显的效果 。 FF & Voc Loss 和工艺的关系 单项损耗 相关的工艺，影响因素 正 /反面栅线电阻 印刷工艺 ，烘干工艺、电 极材料质量，网版设计 金属与 TCO接触电阻 印刷工 艺、烘干工艺、电极材料质量、 TCO材料质量 TCO薄层电阻 TCO材料质量、镀膜工艺 TCO与晶硅层接触电阻 镀膜工艺， TCO材料类型 晶硅材料体电阻 晶硅材料类型，厚度，缺陷密度 并联电阻 综合：电池污染，材料缺陷，边缘隔离等 金属诱导载流子复合 印刷工艺 表面复合 扩散深度，镀膜工艺，钝化工艺，材料质量 边缘复合 边缘隔离工艺 晶硅材料本身载流子复合 晶硅材料质量，缺陷密度 Jsc Loss 和工艺的关系 Perc电池 常规单面电 池 Perc及其它电池的 耗损 分析 咨询热线： 18516276764 邮箱： yifei.he@ivt-solar.com 网址： www.ivt-solar.com www.ivt-solar.cn 地址：上海市浦东新区张江高科技园碧波路 250号 2号楼 1楼 上海伟信新能源科技有限公司 新加坡维信科技 • 上海办事处 22 8/11/2018 谢谢！