1.0绪论
近年来，单晶硅片供应商为了利益最大化，奉行只要单晶不掉苞就是好工艺。无位错拉晶工艺要求籽晶用无位错拉晶切割，在拉晶过程中下种引颈长度要大于一个晶锭直径才能把位错排净，方可放肩。而现在引颈长度120-140mm完全低于6吋直径150mm单晶。另外，单晶收尾时锅底料要保证是投料量的10%左右，现在单晶供应商恨不得把坩埚内料全部拉完提尽。殊不知想多提走一点锅内料时，已造成坩埚内熔体过冷，一旦材料过冷必然掉苞。看起来完整收尾，实际早已掉苞，这样上返一个直径的单晶已是位错片。供应商把这些位错片完全轻而易举转嫁给用户。
2.0黑斑片
电致发光EL（Electroluminescence）照片中黑心片和黑斑片是反映在通电情况下该部分没有发出1150nm的红外光，故红外相片中反映出黑心和黑斑。发光现象和硅衬底少数载流子浓度有关。
图1黑芯片(左)与黑斑片(右)
组件电性能测试如下图所示。由图可见，组件短路电流Isc（4.588A）和最大功率Pmax（143.028W）明显偏低；此类正常组件短路电流Isc一般为5.2A，最大功率Pmax一般为175W以上。说明组件中存在着大量低效率电池片，导致组件功率的严重下降。
图2组件电性能和EL测试
对电池片进行电致发光EL测试，如下图3和4所示。其黑心和黑斑现象如组件EL测试所见。
图3 样片1EL 测试 图4 样片2EL 测试
光照条件电池电性能测试如表1 所示。
表1 光照条件电池电性能测试
两片电池效率分别为11.06%和13.99%，Isc 分别为4.73A 和4.62A，均明显偏低；而此类正常电池片效率一般为17.5%左右，Isc 为5.3A 左右。
电池光诱导电流密度（LBIC Current）测试如图5 和6 所示。
图5 样片1 LBIC Current 测试 图6 样片2 LBIC Current 测试
然后，电池经过去SiN 膜、去正反电极、去铝背场和n 型层，再经碘酒钝化后，硅片少子寿命测试如图7 和8 所示。
图7 样片1 少子寿命测试 图8 样片2 少子寿命测试
硅片少子寿命测试与电池光诱导电流密度（LBIC Current）测试和电池EL 测试具有很好的对应关系，说明造成电池效率低的原因为硅片本身内部缺陷所致，与电池工艺没有直接关系。
对硅片进行化学抛光和Wright 液腐蚀，样片2 呈现出明显的与EL 测试、电流密度（LBIC Current）测试和少子寿命测试相对应的图案形貌，如图9 所示。
图9 样片2 经化学腐蚀后图案形貌
样片1 的光学显微观察如图10 和11 所示，局部区域具有很高的位错密度达10E5~10E6 左右。样片2 的光学显微观察如图12 和13 所示，在如图9 所示的中心圆形图案形貌内，其位错密度均高达10E6~10E7 左右。黑斑边缘区域位错密度>106 个/cm2 均为无位错单晶要求1000～10000 倍，这是相当大的位错密度。
图10 样片1位错密度 图11 样片1位错密度
10E5~10E6（×500倍） 10E5~10E6（×500倍）
图12 样片2位错密度10E6~10E7（×200倍） 图13 样片2位错密度10E6~10E7（×500倍）
最后，对图9中，样片2所示的黑心内外做SIMS测试，测试结果如表2所示。SIMS测试结果显示，黑心内外各种杂质含量正常。
表2样片2 SIMS测试
3.0出现黑芯或黑斑的原因
引起电池片出现黑芯或黑斑的原因大体有两个：一个为杂质离子含量过高，另一个为硅片本身存在缺陷，即位错。
位错又可称为差排（英语：dislocation），在材料科学中，指晶体材料的一种内部微观缺陷，即原子的局部不规则排列（晶体学缺陷）。从几何角度看，位错属于一种线缺陷，可视为晶体中已滑移部分与未滑移部分的分界线，其存在对材料的物理性能，尤其是力学性能，具有极大的影响。
如果硅片中存在着极高的位错密度，成为少数载流子的强复合中心，使得少子寿命短，最终导致电池性能的严重下降。
综上所述，黑芯片会使组件功率降低，热斑效应严重，组件寿命大大降低。（作者微信公众账号：光伏经验网）
附：
参考文献
【1】黑心电池片和衰减的研究，常州华阳光伏检测技术有限公司。
【2】张光春，硅片质量对太阳能电池性能的影响，尚德电力控股有限公司。
【3】单晶位错对电池性能的影响，尚德电力控股有限公司。
【4】形成黑芯片、黑斑片主要成因，尚德电力控股有限公司。
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近年来，单晶硅片供应商为了利益最大化，奉行只要单晶不掉苞就是好工艺。无位错拉晶工艺要求籽晶用无位错拉晶切割，在拉晶过程中下种引颈长度要大于一个晶锭直径才能把位错排净，方可放肩。而现在引颈长度120-140mm完全低于6吋直径150mm单晶。另外，单晶收尾时锅底料要保证是投料量的10%左右，现在单晶供应商恨不得把坩埚内料全部拉完提尽。殊不知想多提走一点锅内料时，已造成坩埚内熔体过冷，一旦材料过冷必然掉苞。看起来完整收尾，实际早已掉苞，这样上返一个直径的单晶已是位错片。供应商把这些位错片完全轻而易举转嫁给用户。
2.0黑斑片
电致发光EL（Electroluminescence）照片中黑心片和黑斑片是反映在通电情况下该部分没有发出1150nm的红外光，故红外相片中反映出黑心和黑斑。发光现象和硅衬底少数载流子浓度有关。
图1黑芯片(左)与黑斑片(右)
组件电性能测试如下图所示。由图可见，组件短路电流Isc（4.588A）和最大功率Pmax（143.028W）明显偏低；此类正常组件短路电流Isc一般为5.2A，最大功率Pmax一般为175W以上。说明组件中存在着大量低效率电池片，导致组件功率的严重下降。
图2组件电性能和EL测试
对电池片进行电致发光EL测试，如下图3和4所示。其黑心和黑斑现象如组件EL测试所见。
图3 样片1EL 测试 图4 样片2EL 测试
光照条件电池电性能测试如表1 所示。
表1 光照条件电池电性能测试
两片电池效率分别为11.06%和13.99%，Isc 分别为4.73A 和4.62A，均明显偏低；而此类正常电池片效率一般为17.5%左右，Isc 为5.3A 左右。
电池光诱导电流密度（LBIC Current）测试如图5 和6 所示。
图5 样片1 LBIC Current 测试 图6 样片2 LBIC Current 测试
然后，电池经过去SiN 膜、去正反电极、去铝背场和n 型层，再经碘酒钝化后，硅片少子寿命测试如图7 和8 所示。
图7 样片1 少子寿命测试 图8 样片2 少子寿命测试
硅片少子寿命测试与电池光诱导电流密度（LBIC Current）测试和电池EL 测试具有很好的对应关系，说明造成电池效率低的原因为硅片本身内部缺陷所致，与电池工艺没有直接关系。
对硅片进行化学抛光和Wright 液腐蚀，样片2 呈现出明显的与EL 测试、电流密度（LBIC Current）测试和少子寿命测试相对应的图案形貌，如图9 所示。
图9 样片2 经化学腐蚀后图案形貌
样片1 的光学显微观察如图10 和11 所示，局部区域具有很高的位错密度达10E5~10E6 左右。样片2 的光学显微观察如图12 和13 所示，在如图9 所示的中心圆形图案形貌内，其位错密度均高达10E6~10E7 左右。黑斑边缘区域位错密度>106 个/cm2 均为无位错单晶要求1000～10000 倍，这是相当大的位错密度。
图10 样片1位错密度 图11 样片1位错密度
10E5~10E6（×500倍） 10E5~10E6（×500倍）
图12 样片2位错密度10E6~10E7（×200倍） 图13 样片2位错密度10E6~10E7（×500倍）
最后，对图9中，样片2所示的黑心内外做SIMS测试，测试结果如表2所示。SIMS测试结果显示，黑心内外各种杂质含量正常。
表2样片2 SIMS测试
3.0出现黑芯或黑斑的原因
引起电池片出现黑芯或黑斑的原因大体有两个：一个为杂质离子含量过高，另一个为硅片本身存在缺陷，即位错。
位错又可称为差排（英语：dislocation），在材料科学中，指晶体材料的一种内部微观缺陷，即原子的局部不规则排列（晶体学缺陷）。从几何角度看，位错属于一种线缺陷，可视为晶体中已滑移部分与未滑移部分的分界线，其存在对材料的物理性能，尤其是力学性能，具有极大的影响。
如果硅片中存在着极高的位错密度，成为少数载流子的强复合中心，使得少子寿命短，最终导致电池性能的严重下降。
综上所述，黑芯片会使组件功率降低，热斑效应严重，组件寿命大大降低。（作者微信公众账号：光伏经验网）
附：
参考文献
【1】黑心电池片和衰减的研究，常州华阳光伏检测技术有限公司。
【2】张光春，硅片质量对太阳能电池性能的影响，尚德电力控股有限公司。
【3】单晶位错对电池性能的影响，尚德电力控股有限公司。
【4】形成黑芯片、黑斑片主要成因，尚德电力控股有限公司。
独家申明：凡注明“阳光工匠光伏网独家”来源的文字、图片、图表与音视频稿件等资料，版权均属阳光工匠光伏网所有。任何媒体、 网站或个人未经本网协议授权不得全部或者部分转载、链接、转帖 或以其他方式复制发布/发表。经本网许可后转载务必请注明 来自“阳光工匠光伏网”，违者本网将依法追究责任。
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