晶澳太陽能控股有限公司 ■ 裴賀強 王貴梅 李影影 劉苗 朱少杰

0 引言

在太陽電池生產(chǎn)領(lǐng)域，較低的并聯(lián)電阻值(下文簡稱“并阻值”)及較大的漏電電流值(下文簡稱“漏電值”)均會對太陽電池的可靠性產(chǎn)生極大影響。在傳統(tǒng)的太陽電池生產(chǎn)工藝中，電池生產(chǎn)車間一般使用紅外熱成像測試技術(shù)對并阻值偏低或漏電值偏大的異常太陽電池進行測試分析，通過熱成像可以收集外加反向偏置電壓(下文簡稱“反向偏壓”)下的遠紅外波段的輻射，可以很快地顯示出電池的主要漏電缺陷及并聯(lián)電阻的分布情況。但在實際生產(chǎn)過程中，會有一類由特定原因?qū)е碌穆╇娭灯蟮漠惓ｋ姵?，往往在外加反向偏壓時會在異常位置發(fā)出肉眼可見的可見光，與常見的由制程污染導致的并阻值偏低、漏電值偏高的異常電池呈現(xiàn)出明顯不同的特征。因此，本文基于目前主流的常規(guī)多晶硅太陽電池生產(chǎn)工藝，對太陽電池在反向偏壓下發(fā)出可見光的形成原因和發(fā)光機理進行分析，通過在不同工序引入金屬污染，驗證其對電池并阻、漏電，以及外加反向偏壓時發(fā)光現(xiàn)象的影響。

1 實驗

1.1 實驗儀器

本實驗中，電池的電性能測試采用HALM檢測系統(tǒng)，熱成像測試采用Fluke公司的Ti55FT紅外熱像儀。

1.2 實驗設計

目前市場上主流的常規(guī)多晶硅太陽電池生產(chǎn)工藝流程如圖1所示。本實驗采用由松宮電子材料有限公司生產(chǎn)的多晶硅片，并基于同樣的主流生產(chǎn)工藝制成太陽電池成品。在制備過程中，在不同環(huán)節(jié)人為地引入金屬雜質(zhì)污染，具體引入污染的環(huán)節(jié)及位置如表1所示，由此制備出a、b、c、d 4種實驗樣品；另外，按照同一主流生產(chǎn)工藝制成常規(guī)太陽電池作為對比組。制備完成后，通過測試觀察哪種樣品會在反向偏壓下出現(xiàn)發(fā)光的現(xiàn)象。

圖1 主流的常規(guī)多晶硅太陽電池生產(chǎn)工藝流程

表1 實驗樣品的制備情況

2 實驗結(jié)果與討論

2.1 電性能差異

通過HALM檢測系統(tǒng)對實驗樣品及對比組太陽電池進行測試，然后對比這些電池的電性能差異，具體對比結(jié)果如表2所示。表2中的電性能數(shù)據(jù)為實驗樣品太陽電池的電性能數(shù)據(jù)減去對比組太陽電池的電性能數(shù)據(jù)的差值，非絕對值。

表2 實驗樣品與對比組太陽電池的電性能差異值

從表2的數(shù)據(jù)可以看出，4種實驗樣品均表現(xiàn)出反向電流IRev2明顯增大且并阻值Rsh明顯降低。其中，實驗樣品a的并阻值下降幅度相對較小，反向電流上升幅度相對較大，與實驗樣品b、c、d存在差異。造成這一現(xiàn)象的原因可能與污染的嚴重程度、“擴散”環(huán)節(jié)制造p-n結(jié)的過程，以及后續(xù)的“濕刻去PSG”環(huán)節(jié)有關(guān)。

2.2 外加反向偏壓時實驗樣品的表現(xiàn)

各實驗樣品的外觀如圖2所示。其中，實驗樣品a的外觀無明顯異常，實驗樣品b、c、d的外觀均展現(xiàn)出不同程度的異常。

對實驗樣品的外觀產(chǎn)生異常的原因進行分析。實驗樣品a的污染發(fā)生在“擴散”前，由于“擴散”后的“濕刻去PSG”會將硅片表層污染清洗掉，因此該樣品的外觀異常不明顯。而實驗樣品b、c、d均為在“濕刻去PSG”之后再引入金屬污染，因此實驗樣品外觀的異常相對明顯。

圖2 4種實驗樣品的外觀

對4種實驗樣品均外加10 V的反向偏壓，使用Fluke公司的Ti55FT紅外熱像儀測試外加反向偏壓時實驗樣品的熱成像，結(jié)果如圖3所示。

熱成像圖像顯示，4種實驗樣品的污染位置均有明顯的發(fā)紅現(xiàn)象，這與表2中反向電流值較大這一結(jié)果相一致。此外，實驗樣品a在外加反向偏壓時，污染位置還存在明顯的發(fā)光痕跡，如圖4所示；而實驗樣品b、c、d在外加反向偏壓時，樣品外觀無明顯變化。

圖3 外加反向偏壓時4種實驗樣品的熱成像圖像

圖4 實驗樣品a外加反向偏壓時外觀發(fā)光

2.3 對實驗結(jié)果的討論

對實驗樣品a外加反向偏壓時外觀發(fā)光的原因進行分析。在現(xiàn)有的生產(chǎn)工藝中，為制備p-n結(jié)，“擴散”環(huán)節(jié)需經(jīng)過長時間的高溫以推進擴散，因此，在“擴散”前引入的金屬雜質(zhì)原子會更容易擴散至p-n結(jié)的耗盡區(qū)或接近耗盡區(qū)的位置。當太陽電池處于反向偏壓時，其耗盡區(qū)的電場會得到增強，導致耗盡區(qū)范圍加大，有可能使那些在零偏壓下原本處于耗盡區(qū)之外的雜質(zhì)缺陷進入耗盡區(qū)中[1]，如圖5所示。進入耗盡區(qū)的雜質(zhì)缺陷會導致局部電場的彎曲和進一步增強，在這些位置實現(xiàn)局部預擊穿。預擊穿導致的反向電流會引起對應位置的溫度升高，與熱成像發(fā)紅的表現(xiàn)一致。光發(fā)射與反向電流密度及溫度呈正相關(guān)[2]。

圖5 p-n結(jié)在外加反向偏壓前、后耗盡區(qū)的變化

3 結(jié)語

本文基于目前主流的常規(guī)多晶硅太陽電池生產(chǎn)工藝，對太陽電池在反向偏壓下發(fā)出可見光的形成原因和發(fā)光機理進行了分析和驗證，發(fā)現(xiàn)只有在“擴散”環(huán)節(jié)前引入金屬污染，才會在外加反向偏壓時發(fā)生發(fā)光現(xiàn)象。這一發(fā)現(xiàn)有助于現(xiàn)場技術(shù)人員盡快鎖定存在污染的環(huán)節(jié)并進行改善，可縮短異常排查時間，對降低產(chǎn)線不良率有一定的積極作用。