掺硼p型单晶硅PERC电池的电致复原研究-梁润雄

掺硼 p型单晶硅 PERC电池的电 致复原研究 报告人：梁润雄 指导老师：艾斌 1.中山大学材料科学与工程学院 2.广东省光伏技术重点实验室 *通讯作者： stsab@mail.sysu.edu.cn - 2 - 太阳能系统研究所 Institute for Solar Energy systems Hong, 2018/11/13 目录 • 研究背景 • 实验步骤 • 实验结果 • 总结 - 3 - 太阳能系统研究所 Institute for Solar Energy systems Hong, 2018/11/13 一、研究背景 “ 光衰减效应 ”和 “退火效应 ” 1973年， Fischer和 Pschunder 2006年， Herguth等人 B-O缺陷的 “ 三态 转变模型 ” +    少 子 注 入 少 子 注 入 加 热 黑 暗 条 件 下 退 火 黑 暗 条 件 下 退 火退 火 态 (A) 衰 减 态 (B) 复 原 态 (C) 2016年， Wenham等人 新三态模型 1997年， Schmidt等人 B-O缺陷模型 - 4 - 太阳能系统研究所 Institute for Solar Energy systems Hong, 2018/11/13 二、实验步骤 研究目的 在不同的 加热、 注入电流、处 理时间 条件对 电池进行复原 处理 在 45℃ 、 1sun 条件下进行 12h的光衰 本实验使用 VS-6821M 稳态 I-V特性测试仪 对电池进行测试 对 PERC电池 进行 I-V特性 参数测试 本研究拟针对目前已产业化的单晶 PERC电池 ,采用 “电注入 +加热 ”的 方式对电池进行复原处理 ,随后将其置于 1000w/m2、 45℃条件下对其 进行光衰处理以验证不同复原处理条件下其抗光衰性能的变化． 每隔一定时间 取出进行 I-V 特性参数测试 本实验使用 电阻率为 1Ω·cm 左 右、尺寸为 156mm*156mm的倒角 方形掺硼 Cz-Si片制成 PERC电池 - 5 - 太阳能系统研究所 Institute for Solar Energy systems Hong, 2018/11/13 三、实验结果 3.1 不同处理时间对复原效果的影响（ 200℃ 、 10A） -3 -2 -1 0 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 0.9 1 0.9 2 0.9 3 0.9 4 0.9 5 0.9 6 0.9 7 0.9 8 0.9 9 1.0 0 1.0 1 1.0 2 Eff ( t ) /Eff ( t =0 ) time (h ) 0m in 2m in 5m in 10m in 20m in 30m in 复原处理后 （ 200 ℃、 10A ） 光衰处理： 1su n 、 45 ℃ 复原处理前 （ a ） -1.0 0% 0.0 0% 1.0 0% 2.0 0% 3.0 0% 4.0 0% 5.0 0% 6.0 0% 7.0 0% 8.0 0% 9.0 0%  t=12 h /  t=0  t=0 /  t=initia l 12 h 光衰前后的效率衰减率 复原处理前后效率衰减率 -2.0 0% -1.0 0% 0.0 0% 1.0 0% 2.0 0% 3.0 0% 4.0 0% 5.0 0% 6.0 0% 7.0 0% 8.0 0% 9.0 0% 复原处理时间 无处理 2min 5min 10 min 20min 30 min 图 1 PERC电池经 10A、 30min、不同温度（ 160、 180、 200、 220、 240 、 260℃ ）电注入复原处理前后及随后的 12小时光衰过程中效率相对于 初始效率随光照时间的变化 图 2 PERC电池在 10A、 30min电注入复原处理前后和 12小时光衰前后 相对效率随复原处理温度变化的柱形图 1.PERC电池在电注入复原处理后，电池效率有 一定程度的衰减，其衰减率与处理时间呈负相 关的关系，当处理时间大于 20min时，还可能转 变为增益。 2.在不同时间的复原处理后，各电池虽有一定程 度的衰减，但在光衰阶段均表现出一定的抗光 衰性能（与对照组相比），其抗光衰性能与复 原处理时间呈正相关关系。 3.可以用 Wenham等人 2016年提出的 B-O缺 陷的“新三态模型”对以上结果给予解释 . +    少 子 注 入 少 子 注 入 加 热 黑 暗 条 件 下 退 火 黑 暗 条 件 下 退 火退 火 态 (A) 衰 减 态 (B) 复 原 态 (C) - 6 - 太阳能系统研究所 Institute for Solar Energy systems Hong, 2018/11/13 -3 -2 -1 0 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 0.9 6 0.9 7 0.9 8 0.9 9 1.0 0 1.0 1 I sc(t ) /I sc(t =0 ) time (h ) 0min 2min 5min 10min 20min 30min 复原处理后 （ 200 ℃、 10A ） 光衰处理： 1su n 、 45 ℃ 复原处理前 （ b ） -3 -2 -1 0 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 0.9 6 0.9 7 0.9 8 0.9 9 1.0 0 1.0 1 Voc/V oc(t =0 ) time (h ) 0min 2min 5min 10min 20min 30min 复原处理后 （ 200 ℃、 10A ） 光衰处理： 1su n 、 45 ℃ 复原处理前 （ c ） -3 -2 -1 0 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 0.9 8 0.9 9 1.0 0 1.0 1 FF ( t ) /F F ( t =0 ) time (h ) 0m in 2m in 5m in 10 min 20 min 30 min 复原处理后 （ 200 ℃、 10A ） 光衰处理： 1su n 、 45 ℃ 复原处理前 （ d ） 图 3 不同复原处理时间（ 0~30min）后光衰条件下 PERC电池 I-V参数（相对值）随光 照时间的变化（ a） Eff(t)/Eff(t=0)；（ b） ISC(t)/ISC(t=0)；（ c） VOC(t)/VOC(t=0)；（ d） FF(t)/FF(t=0) 在光衰阶段， Isc有波动上升的趋 势， Voc的则趋于稳定。 FF则均表现出 衰减趋势。 - 7 - 太阳能系统研究所 Institute for Solar Energy systems Hong, 2018/11/13 3.2加热温度对复原效果的影响（ 30min、 10A） -3 -2 -1 0 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 0.9 2 0.9 3 0.9 4 0.9 5 0.9 6 0.9 7 0.9 8 0.9 9 1.0 0 1.0 1 Eff ( t ) /Eff ( t =0 ) time (h ) 无处理 180 ℃ 200 ℃ 220 ℃ 240 ℃ 260 ℃ 280 ℃ 复原处理后 （ 30 min 、 10A ） 光衰处理： 1su n 、 45 ℃ 复原处理前 （ a ） -1.0 0% 0.0 0% 1.0 0% 2.0 0% 3.0 0% 4.0 0% 5.0 0% 6.0 0% 7.0 0% 8.0 0% 9.0 0%  t =1 2h /  t =0  t =0 /  t =i ni t i al 光衰 12h 后的效率衰减量 复原处理前后效率衰减量 -0.0 2 -0.0 1 0.0 0 0.0 1 0.0 2 0.0 3 0.0 4 0.0 5 0.0 6 0.0 7 0.0 8 0.0 9 复原处理温度 / ℃ 无处理 18 0 20 0 22 0 2 40 26 0 2 80 图 5 PERC电池在 10A、 30min电注入复原处理前后和 12小时光衰前后相对效 率随复原处理温度变化的柱形图 图 4 PERC电池经 10A、 30min、不同温度（ 160、 180、 200、 220、 240、 260℃） 电注入复原处理前后及随后的 12小时光衰过程中效率相对于初始效率随光照时 间的变化 1.复原处理温度在 180—280℃之间（除 200、 280℃ 外 ），复原处理后电池的 η相对于复原处 理前的初始效率都有增益，且随着处理温度的 升高增益有衰减的趋势。 2.由图 5的柱状图可以看出，在光衰阶段，各 PERC电池的效率均有一定的衰减，其相对衰 减量的最小值出现在 200℃ 。 3.不同温度处理下，缺陷内各反应速率的差异 及各 B-O缺陷态含量的不同导致不同的宏观表 现（衰减 /复原）。 Wenham的“新三态模型” - 8 - 太阳能系统研究所 Institute for Solar Energy systems Hong, 2018/11/13 -3 -2 -1 0 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 0.9 5 0.9 6 0.9 7 0.9 8 0.9 9 1.0 0 1.0 1 I sc(t ) /I sc(t =0 ) time (h ) 无处理 180 ℃ 200 ℃ 220 ℃ 240 ℃ 260 ℃ 280 ℃ 复原处理后 （ 30 min 、 10A ） 光衰处理： 1su n 、 45 ℃ 复原处理前 （ b ） -3 -2 -1 0 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 0.9 5 0.9 6 0.9 7 0.9 8 0.9 9 1.0 0 1.0 1 V oc(t ) /V oc(t =0 ) time (h ) 无处理 180 ℃ 200 ℃ 220 ℃ 240 ℃ 260 ℃ 280 ℃ 复原处理后 （ 30 min 、 10A ） 光衰处理： 1su n 、 45 ℃ 复原处理前 （ c ） -3 -2 -1 0 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 0.9 8 0.9 9 1.0 0 1.0 1 FF ( t ) /F F ( t =0 ) time (h ) 无处理 180 ℃ 200 ℃ 220 ℃ 240 ℃ 260 ℃ 280 ℃ 复原处理后： （ 30 min 、 10A ） 光衰处理： 1su n 、 45 ℃ 复原处理前 （ d ） 图 6 不同温度 （ 180~280℃ ） 的复原处理后光衰条件下 PERC电池 I-V参数（相对值） 随光照时间的变化（ a） Eff(t)/Eff(t=0)；（ b） ISC(t)/ISC(t=0)；（ c） VOC(t)/VOC(t=0)；（ d） FF(t)/FF(t=0) Isc、 Voc的变化趋势与 Eff基本 一致 。 FF则均表现出较明显 的衰减趋势且与温度无明显相 关关系。 - 9 - 太阳能系统研究所 Institute for Solar Energy systems Hong, 2018/11/13 3.3注入电流大小对复原效果的影响（ 30min、 180℃ ） -3 -2 -1 0 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 0.9 2 0.9 3 0.9 4 0.9 5 0.9 6 0.9 7 0.9 8 0.9 9 1.0 0 1.0 1 1.0 2 Eff ( t ) /Eff ( t =0 ) time (h ) 无处理 6A 8A 10A 12A 14A 16A 18 A 复原处理后： 30 min 、 180 ℃ 光衰处理： 1su n 、 45 ℃ 复原处理前 （ a ） -3 -2 -1 0 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 0.9 5 0.9 6 0.9 7 0.9 8 0.9 9 1.0 0 1.0 1 I sc(t ) /I sc(t =0 ) time (h ) 无处理 6A 8A 10A 12A 14A 16A 18 A 复原处理后： 30 min 、 180 ℃ 光衰处理： 1su n 、 45 ℃ 复原处理前 （ b ） -3 -2 -1 0 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 0.9 5 0.9 6 0.9 7 0.9 8 0.9 9 1.0 0 1.0 1 V oc(t ) /V oc(t =0 ) time (h ) 无处理 6A 8A 10A 12A 14A 16A 18 A 复原处理后： 30 min 、 180 ℃ 光衰处理： 1su n 、 45 ℃ 复原处理前 （ c ） -3 -2 -1 0 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 0.9 8 0.9 9 1.0 0 1.0 1 FF ( t ) /F F ( t =0 ) time (h ) 无处理 6A 8A 10A 12A 14A 16A 18 A 复原处理后： 30 min 、 180 ℃ 光衰处理： 1su n 、 45 ℃ 复原处理前 （ d ） 图 7 不同电流（ 6~18A）的复原处理后光衰条件下 PERC电池 I-V参数（相对值）随光 照时间的变化（ a） Eff(t)/Eff(t=0)；（ b） ISC(t)/ISC(t=0)；（ c） VOC(t)/VOC(t=0)；（ d） FF(t)/FF(t=0) 在 30min、 180℃ 条件下， 注入电流 6A-18A， PERC电 池均表现出较好的复原效果 及抗光衰性能。由此可知 6A （或更低）的电流已经完全 足够．但提高电流是否可以 缩短复原处理时间 ,仍需进一 步实验证明． - 10 - 太阳能系统研究所 Institute for Solar Energy systems Hong, 2018/11/13 四、总结 • PERC在 180℃ 、最小 6A电流下处理 30分钟可得到良好的抗光 衰性能，但 最佳复原工艺仍需进一步实验。 • 在处理温度为 200℃、注入电流为 10A的条件下，当复原处理时 间 ≤10min时，电注入复原处理后的电池的 η、 Isc和 Voc相对于复 原处理前的初始值均有明显的衰减 , 但在随后的 12小时光衰过程 中其抗光衰性能优于未复原处理的电池，且随着复原处理时间 的增加其抗光衰性能有所增强 . • 在注入电流为 10A、处理时间为 30min的条件下， 200℃复原处 理的电池的 Isc， Voc和 η相对于光衰前的初始值的衰减率最低（ 实际上对应于最大增益） . • 在 180℃、 30min的条件下 ,6A的注入电流足以获得较好的复原效 果 . - 11 - 太阳能系统研究所 Institute for Solar Energy Systems 2018/11/13 Thanks You！