P型单晶电池黑斑怎么产生的?

来源:摩尔光伏发布时间:2018-07-04 09:32:55

摘要:p型单晶硅太阳电池在el检测过程中,部分电池片出现黑斑现象。结合x射线能谱分析(eds),对黑斑片与正常片进行对比分析,发现黑斑片电池与正常电池片大部分表面的成分相同,排除了镀膜及丝网印刷过程中产生黑斑的可能。利用x射线荧光光谱分析(xrf)测试了同一电池片的黑斑区域与正常区域,发现黑斑处ca含量较大,并出现sr、ge和s等杂质元素。将6个档位的电池片制备成2cm×2cm的电池样片,利用光生诱导电流测量了每个电池的外量子效率(eqe)。在460~1000nm波长范围内,同一电池片黑斑处与正常处的eqe相差较大,说明黑斑的出现与原生硅片缺陷无关,应归结于电池片生产过程中引入的杂质缺陷。给出了杂质引入的原因以及解决途径,从而显著减小了黑斑片产生的几率。

0

引言

晶硅电池组件广泛应用于光伏发电行业并形成相当大的产业规模,提高电池转换效率、减少电池的不合格率、优化生产工艺技术是降低发电成本的主要途径。

目前,国内外对于电池的隐裂、断栅、裂片等失效分析进行过深入的研究,然而对于黑斑片却鲜有报道[1]。在p型晶硅电池的大规模生产中,电池的检验常用电致发光(EL)检测仪,根据硅材料的电致发光原理对组件进行缺陷检测。EL测试的图像亮度与电池片的少子寿命(或少子扩散长度)、电流密度成正比,太阳电池中有缺陷的地方,少子扩散长度较低,从而显示出来的图像亮度较暗[2]。电池制造过程,一般包括制绒、扩散、刻蚀、PECVD镀膜、丝网印刷、烧结等工序。每道工序过程中,由于存在人为因素、环境因素及机械不稳定等因素,造成硅片的一些缺陷及污染等,从而影响电池片的性能。因此黑斑片的出现,也许是硅片原材料的问题,也有可能是电池生产工艺的问题。

对电池生产线上出现的黑斑片与正常片做光衰实验对比,发现两组电池的衰减基本都在允许范围内,说明黑斑片的产生与硅片材料质量无关。通常硅片中容易出现“黑芯片”,“黑芯片”呈现圈形年轮状,其产生的原因主要在于单晶提拉过程中氧杂质分凝以及空位的聚集所产生的呈圈状分布复合缺陷[3]。EL测试下的黑斑形状不同于黑芯片,而且产线实验也已排除原生硅片材料质量问题,因此有必要对黑斑片的产生原因和相关生产工艺进行更加详细深入的研究。在本文中,我们将黑斑片与正常片做对比试验,结合X射线能谱(EDS)、X射线荧光光谱(XRF)及外量子效率(EQE)测试,分析了黑斑片的产生原因,给出了解决途径。

1

实验

采用NaOH溶液对p型(111)单晶硅片进行去除损伤层和制绒处理,硅片的厚度为190±10μm,电阻率为2±0.5Ω·cm。分别对硅片进行单面POCl3磷扩散,等离子增强化学气相沉积(PECVD)法单面镀膜SiNx∶H钝化,以及背面电极、背面电场和正面栅线电极印刷,最后经过高温烧结形成较好的欧姆接触。

利用苏州中导光电设备有限公司生产的红外缺陷测试仪EL-S01对生产线上电池片进行测试,从中挑选出7个不同档位的电池片,包括两片黑斑片和5个正常片,其详细性能参数见表1。大量EL测试结果发现,每个档位电池都会出现黑斑片,但是高效率的电池片出现黑斑的比例较小。对于选中的两片黑斑电池片,分别在同一黑斑电池片中央截取面积为2cm×2cm的两个小样片,其中一个是含有黑斑的样片。利用X射线能量色散谱分析电池效率19.15%的黑斑样片和正常样片,其测试深度为10μm。采用布鲁克X射线荧光光谱仪对效率为19.37%的黑斑电池片进行分析,选择的测量面积是4cm2,即对整个小样片的成分进行分析。采用美国Newport公司生产的光伏器件量子效率测试系统进行电池的量子效率测试,该系统组件包括锁相放大器(ModelSR810)、单色仪(SPCS260-USBQEPVS)、标准光源(3502,100~240VAC50~60Hz,25W)和计算机处理系统(Q-basic)。对EL测试选出的5个档位的正常电池片以及效率为19.37%的黑斑片上的两个小样片进行了外量子效率测试和分析比较。

2

电致发光的原理

电致发光成像是利用载流子的电致辐射复合发光原理,对样品在外加偏压条件下发出的荧光进行收集成像。由于晶硅太阳电池中少子的扩散长度远远大于势垒宽度,电子和空穴通过势垒区时因复合而消失的几率很小。在正向偏置电压下,p-n结势垒区和扩散区注入了少数载流子,这些非平衡少数载流子不断与多数载流子复合而发光[5]。如图1所示,在太阳电池两端施加正向偏压时,其发出的荧光可以被灵敏的CCD相机获得,即得到太阳电池片的辐射复合分布图像。通过EL测试图可迅速地检测出太阳电池及组件中可能存在的复合缺陷,是一种有效直观的检测电池片和组件缺陷的方法[4]。


EL测试的图像亮度与电池片的少子寿命(或少子扩散长度)与电流密度成正比,在有缺陷的区域,其少子扩散长度低,发光强度弱[2]。通过EL测试图像的分析,可以清晰地发现太阳电池片及组件存在的隐性缺陷。由于电池片中有缺陷区域没有发出红外光,故在EL图像中呈现“黑斑”[6]。

3

结果与讨论

3.1EL黑斑

通过EL测试,我们选出效率为19.15%和19.37%两个档位的黑斑片,如图2(a)和(b)所示,可见黑斑位置并不确定、形状似圆形、而非规则的圆点或同心圆。


利用太阳电池分选机测试实验电池片的电学性能参数,如表1所示。表中,黑斑电池片的串联电阻Rs和FF因子较正常电池片稍小,其余性能参数正常。

3.2EDS和SEM测试结果

从转换效率为19.15%黑斑电池片上截取面积相同的2cm×2cm的两小块电池片(其中一个是黑斑片),进行了EDS对比分析,其表面元素及比例如表2所示,两个样片表面的元素种类的含量如图3(a)和(b)所示,电池样片表面SEM形貌扫描图如图4(a)和(b)所示。




从上述结果可以看出,黑斑样片表面层10μm范围内并无明显高浓度杂质存在,其表面形貌图也无异常。由此可初步断定,黑斑缺陷并非是表面沾污所致,而是来自电池片内部的杂质污染。

3.3XRF测试结果

通常元素原子受到高能辐射激发引起内层电子的跃迁,同时发射出具有一定特殊性波长的X射线,根据莫斯莱定律,荧光X射线的波长λ与元素的原子序数Z有关,其数学关系如下:


式中,K和s是常数。

由于不同元素发出的特征X射线能量和波长各不相同,可以通过对X射线波长的测量进行元素的定性分析。

光伏行业最新动态,请关注索比光伏网微信公众号:GF-solarbe

投稿与新闻线索联系:010-68027865 刘小姐:news@solarbe.com

索比公众号
推荐新闻
中来光电:加速推进项目建设 推动光伏产业发展 项目全部达产后

中来光电:加速推进项目建设 推动光伏产业发展 项目全部达产后

时已入冬,山西综改示范区中来光电年产16GW高效单晶电池智能工厂项目现场紧张繁忙,动力站、生产车间拔地而起,附属建筑也在紧张建设中。中来光电是聚焦光伏领域先进材料研发及制造的国家级高新技术企业,在光伏背膜

中来光电单晶电池智能工厂
2021-11-26
25.4%!晶科能源一年连刷四次N型电池效率世界记录

25.4%!晶科能源一年连刷四次N型电池效率世界记录

江西上饶,2021年10月13日,全球极具创新力的光伏企业晶科能源控股有限公司(晶科能源或者公司)(纽交所代码:JKS)今日宣布,晶科能源研究院所研发的高效N型单晶硅单结电池技术取得重大突破,在权威第三方测试认证机构

晶科能源单晶电池技术电池转换效率
2021-10-13
25.19%!隆基再次刷新P型TOPCon电池效率世界纪录

25.19%!隆基再次刷新P型TOPCon电池效率世界纪录

在2021年6月隆基宣布P型TOPCon电池转换效率创造25.02%的新世界纪录,短短一个月时间后,经世界公认权威测试机构德国哈梅林太阳能研究所(ISFH)测试(CalibrationMark:001681),隆基电池研发中心单晶P型TOPCon电池研发

隆基TOPCon电池单晶电池电池效率
2021-07-20
贝盛绿能重磅推出DuDrive Max系列新品

贝盛绿能重磅推出DuDrive Max系列新品

中国湖州,2021年4月,全球领先的光伏制造商浙江贝盛绿能科技有限公司(贝盛绿能或公司)近日宣布其高效光伏组件产品将迎来全新产品DuDriveMax系列。该产品基于最新的182高效单晶电池片技术,采用54片及72片排列方式,

贝盛绿能高效光伏组件182高效单晶电池片
2021-04-12
合作共赢 创新智能 | 东方日升与美的集团高层会晤,探索未来合作新模式

合作共赢 创新智能 | 东方日升与美的集团高层会晤,探索未来合作新模式

日前,东方日升新能源股份有限公司(以下简称“东方日升”)与美的集团股份有限公司(以下简称“美的集团”)在浙江宁海举行高层会晤,共同探讨新能源行业发展背景下双方合作机会,共研共创,共同推动双方业务的高质量发展。美的集团企业业务总裁王新亮,美云智数营销中心副总经理秦军,东方日升董事、总裁伍学纲,副总裁王圣建,流程与信息中心总监单郸等出席会议。

东方日升美的集团太阳能电池组件
2024-03-07
绿色智能制造 驱动零碳未来 | 爱旭10GW ABC电池及组件项目在济南开工

绿色智能制造 驱动零碳未来 | 爱旭10GW ABC电池及组件项目在济南开工

春风送暖,征启新程,齐鲁大地涌动着蓬勃活力,2月26日,爱旭济南一期10GW ABC高效晶硅太阳能电池组件项目在山东济南新旧动能转换起步区正式开工,山东省委书记林武,省委副书记、省长周乃翔,济南市委书记刘强,爱旭股份董事长陈刚,微电网产品副总经理韩蓄等领导出席开工仪式,共同见证爱旭ABC战略版图再度拓展的重要里程碑时刻。

爱旭股份太阳能电池组件光伏行业
2024-03-01
中国计量科学研究院研究员熊利民:光伏领域技术发展引导测量体系创新

中国计量科学研究院研究员熊利民:光伏领域技术发展引导测量体系创新

中国计量科学研究院研究员/首席计量师 熊利民表示,电池组件技术的发展正在推动测量技术的发展创新,为了增加光电转换效率,光伏科技人员在电池的紫外和红外波段都做了技术增强,因此我们在标准上对光谱适配度波段范围进行了拓展。随着组件功率越来越大,1%的组件功率偏差也将在贸易中产生的不合理影响也越来越大。因此标准在评级上面增加了A+等级,分别在光谱匹配、辐照均匀性要求上严苛一倍,以期减小功率测量上的偏差。可以说,光伏制造技术的发展,推动了测试设备的进步,也推动了相关评判太阳模拟器性能要求的标准变化,推动了计量能力的

熊利民电池组件光能杯
2024-01-23
光伏电池组件智能制造企业:正泰新能C轮融资20亿,阵容强大,估值130亿

光伏电池组件智能制造企业:正泰新能C轮融资20亿,阵容强大,估值130亿

近日,光伏电池组件智能制造企业:正泰新能完成20亿人民币C轮融资。本轮投资方为朝希资本、中金资本、中信建投资本、华登国际、国寿股权、越秀产业基金、长江绿色产业基金、交银投资等多家知名投资机构。

智能制造电池组件绿色产业
2023-08-10
25.4%!晶科能源一年连刷四次N型电池效率世界记录

25.4%!晶科能源一年连刷四次N型电池效率世界记录

江西上饶,2021年10月13日,全球极具创新力的光伏企业晶科能源控股有限公司(晶科能源或者公司)(纽交所代码:JKS)今日宣布,晶科能源研究院所研发的高效N型单晶硅单结电池技术取得重大突破,在权威第三方测试认证机构

晶科能源单晶电池技术电池转换效率
2021-10-13
【致敬企业家】MWT将作为主流技术展现更广阔市场前景

【致敬企业家】MWT将作为主流技术展现更广阔市场前景

在光伏这个悲喜交加的大舞台上,有一群企业家,他们哭过,笑过,彷徨过,如今的他们已经更加坚定,智慧,充满自信,率领着各自旗下的传奇帝国,携中国光伏在世界之巅屹立不倒。经过时间的冲刷,尽管物是人非,但他们

电池转换效率MWT技术N-HJT致敬企业家
2021-09-30
68.9%!光伏电池效率再创世界记录

68.9%!光伏电池效率再创世界记录

近日,Fraunhofer-ISE研究人员在单色光下使用光伏电池获得了68.9%的转化效率,这是迄今为止在光能转化为电能方面获得的最高效率,世界记录被再次刷新。68.9%的效率如何创造?ISE使用了一种由砷化镓制成的薄光伏电池,

光伏电池技术钙钛矿电池转换效率
2021-08-03
天合光能斩获两项行业重量级大奖

天合光能斩获两项行业重量级大奖

11月27日,由山西省能源局、中国能源报主办的2020能源转型论坛暨第十届全球新能源企业500强峰会在山西太原举行。备受瞩目的2020全球新能源企业500强榜单发布,天合光能股份有限公司凭借雄厚的创新研发能力和领先的核

天合光能光伏科学太阳电池转换效率
2020-11-30
返回索比光伏网首页 回到P型单晶电池黑斑怎么产生的?上方
关闭
关闭