【摘 要】本文基于電致發(fā)光（Electroluminescence，EL）的理論，介紹了利用近紅外檢測(cè)的方法，檢測(cè)出了晶體硅太陽(yáng)電池及組件中常見(jiàn)的隱性缺陷。這些缺陷包括：硅材料缺陷、擴(kuò)散缺陷、印刷缺陷、燒結(jié)缺陷以及組件封裝過(guò)程中的裂紋等，并簡(jiǎn)要分析了造成這些缺陷的原因。

【關(guān)鍵詞】太陽(yáng)電池；電致發(fā)光；電池缺陷

近年來(lái)隨著光伏行業(yè)的迅猛發(fā)展，光伏組件質(zhì)量控制環(huán)節(jié)中測(cè)試手段的不斷增強(qiáng)，原來(lái)的外觀和電性能測(cè)試已經(jīng)遠(yuǎn)遠(yuǎn)不能滿足行業(yè)的需求。目前一種可以測(cè)試晶體硅太陽(yáng)電池及組件潛在缺陷的方法為行業(yè)內(nèi)廣泛采用，即EL測(cè)試。EL是英文electroluminescence的簡(jiǎn)稱，譯為電致發(fā)光或場(chǎng)致發(fā)光。目前EL測(cè)試技術(shù)已經(jīng)被很多晶體硅太陽(yáng)電池及組件生產(chǎn)廠家應(yīng)用，用于晶體硅太陽(yáng)電池及組件的成品檢驗(yàn)或在線產(chǎn)品質(zhì)量控制。

1.EL測(cè)試的原理

在太陽(yáng)電池中，少子的擴(kuò)散長(zhǎng)度遠(yuǎn)遠(yuǎn)大于勢(shì)壘寬度，因此電子和空穴通過(guò)勢(shì)壘區(qū)時(shí)因復(fù)合而消失的幾率很小，繼續(xù)向擴(kuò)散區(qū)擴(kuò)散。在正向偏置電壓下，p-n結(jié)勢(shì)壘區(qū)和擴(kuò)散區(qū)注入了少數(shù)載流子，這些非平衡少數(shù)載流子不斷與多數(shù)載流子復(fù)合而發(fā)光，這就是太陽(yáng)電池電致發(fā)光的基本原理[1]。發(fā)光成像有效地利用了太陽(yáng)電池間帶中激發(fā)電子載流子的輻射復(fù)合效應(yīng)。在太陽(yáng)能電池兩端加入正向偏壓， 其發(fā)出的光子可以被靈敏的CCD 相機(jī)獲得， 即得到太陽(yáng)電池的輻射復(fù)合分布圖像。但是電致發(fā)光強(qiáng)度非常低， 而且波長(zhǎng)在近紅外區(qū)域，要求相機(jī)必須在900-1100nm 具有很高的靈敏度和非常小的噪聲。

EL測(cè)試的過(guò)程即晶體硅太陽(yáng)電池外加正向偏置電壓，直流電源向晶體硅太陽(yáng)電池注入大量非平衡載流子，太陽(yáng)電池依靠從擴(kuò)散區(qū)注入的大量非平衡載流子不斷地復(fù)合發(fā)光，放出光子，也就是光伏效應(yīng)的逆過(guò)程；再利用CCD相機(jī)捕捉到這些光子，通過(guò)計(jì)算機(jī)進(jìn)行處理后以圖像的形式顯示出來(lái)，整個(gè)過(guò)程都在暗室中進(jìn)行。

EL測(cè)試的圖像亮度與電池片的少子壽命（或少子擴(kuò)散長(zhǎng)度）和電流密度成正比，太陽(yáng)電池中有缺陷的地方，少子擴(kuò)散長(zhǎng)度較低，從而顯示出來(lái)的圖像亮度較暗。通過(guò)EL測(cè)試圖像的分析可以清晰的發(fā)現(xiàn)太陽(yáng)電池及組件存在的隱性缺陷，這些缺陷包括硅材料缺陷、擴(kuò)散缺陷、印刷缺陷、燒結(jié)缺陷以及組件封裝過(guò)程中的裂紋等。

2.EL測(cè)試常見(jiàn)缺陷及分析

2.1破片

組件中的破片多出現(xiàn)在組件封裝過(guò)程的焊接和層壓工序，在EL測(cè)試圖中表現(xiàn)為電池片中有黑塊，因?yàn)殡姵仄屏押笤陔姵仄屏巡糠譀](méi)有電流注入，從而導(dǎo)致該部分在EL測(cè)試中不發(fā)光。

2.2隱裂

晶體硅太陽(yáng)電池所采用的硅材料本身易碎，因此在電池片生產(chǎn)和組件封裝過(guò)程中很容易產(chǎn)生裂片。裂片分兩種一種是顯裂，另一種是隱裂。顯裂是肉眼可以直接看到的，在組件生產(chǎn)過(guò)程中的分選工序就可以剔除；而隱裂是肉眼無(wú)法直接看到的，并且在組件的制作過(guò)程中更容易產(chǎn)生破片等問(wèn)題。由于單晶硅的解離面具有一定的規(guī)則，通過(guò)EL測(cè)試圖可以清晰地看到單晶硅電池片的隱裂紋一般是沿著電池片對(duì)角線方向的“X”狀圖形；多晶硅電池片由于晶界的影響有時(shí)很難區(qū)分是多晶硅的晶界還是電池片中的隱裂紋。

2.3斷柵

電池片的斷柵主要是由于電池片本身柵線印刷不良或電池片不規(guī)范焊接造成的。從EL測(cè)試圖中表現(xiàn)為沿電池片主柵線的暗線，這是因?yàn)殡姵仄母睎啪€斷掉后，EL測(cè)試過(guò)程中從電池片主柵線上注入的電流在斷柵附近處的電流密度很小甚至沒(méi)有，從而導(dǎo)致電池片的斷柵處在發(fā)光強(qiáng)度較弱或不發(fā)光。

2.4燒結(jié)缺陷

在電池片生產(chǎn)過(guò)程中，燒結(jié)工序工藝參數(shù)不佳或燒結(jié)設(shè)備存在缺陷時(shí)，生產(chǎn)出來(lái)的電池片在EL測(cè)試過(guò)程中會(huì)顯示為大面積的履帶印。實(shí)際生產(chǎn)中通過(guò)有針對(duì)性的工裝改造就可以有效的消除履帶印的問(wèn)題。例如采用頂針式履帶生產(chǎn)出來(lái)的電池片在EL測(cè)試圖只能看到若干個(gè)黑點(diǎn)而沒(méi)有大面積的履帶印。

2.5黑芯片

黑芯片在EL測(cè)試圖中我們可以清晰的看到從電池片中心到邊緣逐漸變亮的同心圓，它們產(chǎn)生于硅材料生產(chǎn)階段，與硅棒制作過(guò)程中氧的溶解度和分凝系數(shù)大有關(guān)。此種材料缺陷勢(shì)必導(dǎo)致晶體硅電池片的少數(shù)載流子濃度降低，從而導(dǎo)致電池片中有此類缺陷的部分在EL測(cè)試過(guò)程中表現(xiàn)為發(fā)光強(qiáng)度較弱或不發(fā)光。

2.6電池片混擋

一塊組件的EL測(cè)試圖中有部分電池片發(fā)光強(qiáng)度與該組件中的大部分電池片相比較弱，這是由于這部分電池片的電流或電壓分檔與該組件中大部分電池片的電流或電壓分檔不一致造成的。

2.7電池片電阻不均勻

EL測(cè)試單個(gè)電池片表面發(fā)光強(qiáng)度不均勻，這是由于電池片電阻不均勻造成的， 較暗區(qū)域一般串聯(lián)電阻較大。這種缺陷也能反應(yīng)電池片少子壽命的分布狀況，缺陷部位少子躍遷機(jī)率降低，在EL測(cè)試過(guò)程中表現(xiàn)為發(fā)光強(qiáng)度較弱。

3.結(jié)論

電致發(fā)光（Electroluminescence，EL）的檢測(cè)方法，利用電致發(fā)光的原理對(duì)晶體硅太陽(yáng)電池及組件做了近紅外成像測(cè)試，通過(guò)EL測(cè)試圖迅速地檢測(cè)出了太陽(yáng)電池及組件中可能存在的缺陷，是一種有效的檢測(cè)電池、組件的方法。EL測(cè)試在太陽(yáng)電池及組件質(zhì)量分析和質(zhì)量控制中發(fā)揮越來(lái)越重要的作用。 [科]

【參考文獻(xiàn)】

［１］劉恩科，朱秉生，羅晉生等.半導(dǎo)體物理學(xué)[M].西安:西安交通大學(xué)出版社，1998:286.

［２］鄭建邦，任駒，郭文閣等.太陽(yáng)電池內(nèi)部電阻對(duì)其輸出特性影響的仿真[J].太陽(yáng)能學(xué)報(bào)，2006，27(2):121-125.