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 defeat(s) 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 124(2017) 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 ( µ s ) Time(H) 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 Voc(mV) Jsc(mA/cm 2 ) FF(%) Counts BSL - - - - 19414 Δ(RD-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!