袁帥，艾斌，2，張衛(wèi)民，龐毅聰，何溢懿，楊錦，吳浩彬，葉雄新，楊江海，孫小菩，梁學(xué)勤

（1. 中山大學(xué)材料科學(xué)與工程學(xué)院，廣東廣州510275；2. 廣東省光伏技術(shù)重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室，廣東廣州510006；3. 東莞南玻光伏科技有限公司，廣東東莞523141；4. 宜昌南玻硅材料有限公司，湖北宜昌443007）

雖然摻硼晶體硅太陽(yáng)電池具有低成本、高效率以及成熟的制備工藝等優(yōu)點(diǎn)，但也存在制約其發(fā)展的光衰（Light Induced Degradation： LID）問(wèn)題。由于直拉單晶硅（Cz-Si） 比鑄錠多晶硅（cast-mc-Si）具有更高的含氧量，由直拉單晶硅片制成的太陽(yáng)電池的光衰更加嚴(yán)重［1］。傳統(tǒng)鋁背表面場(chǎng)電池（Aluminum-Back Surface Field cells，簡(jiǎn)稱Al-BSF 電池）因光衰造成的效率損失為3%～4%（相對(duì)值），而發(fā)射極和背面鈍化電池（Passivated Emitter and Rear Cells，簡(jiǎn)稱PERC 電池）因光衰造成的效率損失為4%～6%（相對(duì)值）［2］。顯然，因光衰問(wèn)題給客戶造成的發(fā)電量損失和對(duì)生產(chǎn)商銷售額造成的損失都是非常大的。根據(jù)文獻(xiàn)［2］給出的數(shù)據(jù)，2017 年全球累計(jì)銷售了100 GW 光伏組件，因光衰問(wèn)題使得p 型Cz-Si 太陽(yáng)電池生產(chǎn)商在2017 年一年就損失了3.9 億美元。因此，對(duì)摻硼Cz-Si 太陽(yáng)電池光衰及抑制的研究具有重要的科學(xué)研究?jī)r(jià)值。

目前的主流觀點(diǎn)認(rèn)為，光照下產(chǎn)生的B-O 缺陷［3-4］（boron–oxygen defect）是摻硼Cz-Si 光衰的主要原因。 為了尋求抑制B-O 缺陷的方法，人們對(duì)Cz-Si 的光衰進(jìn)行了大量實(shí)驗(yàn)。2006 年Herguth等［5-6］提出了一種能夠使B-O缺陷失活的方法，即通過(guò)對(duì)單晶硅片進(jìn)行載流子注入+加熱（50～210 ℃），能夠使得B-O 缺陷失活，Cz-Si 的少子壽命得以復(fù)原，并具備一定的抗光衰能力。雖然在B-O 缺陷復(fù)原的機(jī)理方面尚無(wú)定論，譬如Wilking等［7-8］，Hallam 等［9］認(rèn)為B-O缺陷的復(fù)原反應(yīng)是氫鈍化造成的，而Voronkov 等［10］、Walter 等［11］認(rèn)為B-O 缺陷的復(fù)原反應(yīng)與形成硼納米沉淀有關(guān)。但，摻硼Cz-Si 及其太陽(yáng)電池在光照（或電注入）的同時(shí)給予加熱會(huì)發(fā)生復(fù)原反應(yīng)已經(jīng)被大量實(shí)驗(yàn)所證實(shí)［12-14］，包括補(bǔ)償型P 型硅片［15］。因此，目前人們普遍認(rèn)為對(duì)摻硼p型晶體硅太陽(yáng)電池進(jìn)行加熱和光照（或電注入） 處理是抑制其光衰的有效途徑［2］。

然而，有關(guān)硼氧缺陷致光衰（BO-LID）及復(fù)原的實(shí)驗(yàn)大多都是在壽命樣品上進(jìn)行的，文獻(xiàn)中有關(guān)摻硼Cz-Si 太陽(yáng)電池特別是PERC 電池LID 及其抑制的報(bào)道較少。美國(guó)國(guó)家可再生能源實(shí)驗(yàn)室（NREL）的Sopori［16］曾指出：只有較少的研究小組直接對(duì)太陽(yáng)電池的LID 進(jìn)行研究，而且使用的樣品數(shù)較少，文獻(xiàn)報(bào)道的結(jié)果也存在很大差異，此外對(duì)電池LID 的細(xì)節(jié)和恢復(fù)機(jī)理的報(bào)道也比較粗略的。由于太陽(yáng)電池存在多個(gè)功能層和界面，其結(jié)構(gòu)不同于壽命樣品，在壽命樣品上獲得的光衰及復(fù)原規(guī)律在多大程度上適用于產(chǎn)業(yè)化電池還是個(gè)未知數(shù)。因此，有必要直接對(duì)p 型Cz-Si 太陽(yáng)電池特別是PERC 電池的光衰及復(fù)原規(guī)律進(jìn)行研究。德國(guó)Konstanz 大學(xué)的Herguth 小組［17-18］和德國(guó)Fraunhofer 太陽(yáng)能系統(tǒng)研究所（Fraunhofer ISE）的Rein小組［19］率先在2015 年報(bào)道了他們?cè)赑ERC 電池光衰及復(fù)原方面的研究成果。但是，他們研究的都是實(shí)驗(yàn)室制備的不成熟的PERC 電池，其光衰及復(fù)原情況不能代表已產(chǎn)業(yè)化的成熟的PERC 電池。2018 年，Modanese 等［20］通過(guò)對(duì)不同質(zhì)量的硅片進(jìn)行不同程度的銅污染并把它們加工成PERC 電池，研究了Cu-LID 對(duì)PERC 電池光衰的影響。結(jié)果表明，銅污染程度和硅片質(zhì)量是影響Cu-LID 程度的關(guān)鍵因素；更重要的是，即使硅片表面受到輕微的銅污染，硅片被制備成PERC電池后其體區(qū)的Cu濃度也是顯著的，并會(huì)導(dǎo)致比較嚴(yán)重的光衰（～7%相對(duì)值）。作者進(jìn)一步認(rèn)為，相對(duì)于Al-BSF 電池，PERC 電池工藝對(duì)金屬雜質(zhì)的吸雜效率更低，進(jìn)而使PERC 電池的性能更易受到金屬雜質(zhì)的影響。2018 年，Herguth 等［21］通過(guò)關(guān)聯(lián)不同測(cè)試結(jié)果與不同模擬預(yù)測(cè)結(jié)果，徹底調(diào)查了PERC 電池未知來(lái)源的LID 現(xiàn)象。所觀察到的光衰以輕微的Jsc損失、大的Voc 損失和更大的FF 損失呈現(xiàn)，因此極大地影響了效率，并已發(fā)現(xiàn)由于前接觸電阻的降級(jí)導(dǎo)致了串聯(lián)電阻的顯著降級(jí)。然而，這并不能解釋Jsc 和Voc 的損失，因?yàn)镴sc 和Voc 的損失是由電池不同層面的降級(jí)造成的?？臻g電荷區(qū)、發(fā)射區(qū)、體區(qū)缺陷形成引起的降級(jí)都不能對(duì)實(shí)驗(yàn)結(jié)果給予一致性的解釋，只有背表面相關(guān)的降級(jí)機(jī)制能夠?qū)?shí)驗(yàn)結(jié)果給予一致性的解釋。2019 年，F(xiàn)ertig等［22］對(duì)復(fù)原后的PERC 電池進(jìn)行長(zhǎng)時(shí)間暗退火（150 ℃，552 h）后再行光照，發(fā)現(xiàn)會(huì)出現(xiàn)19.1%（相對(duì)值）的嚴(yán)重光衰。作為比較，PERC 電池制備完成后未經(jīng)復(fù)原處理進(jìn)行光照也只有5.6%（相對(duì)值）的光衰。作者認(rèn)為現(xiàn)有的B-O 缺陷的三態(tài)模型無(wú)法解釋該實(shí)驗(yàn)現(xiàn)象。為了解釋該實(shí)驗(yàn)結(jié)果，作者提出了兩種假設(shè)：（1）形成了一種新的B-O缺陷的前驅(qū)體；（2）即使沒(méi)有對(duì)PERC 電池進(jìn)行復(fù)原處理，電池內(nèi)部也存在較高比例的復(fù)原態(tài)B-O缺陷。Helmich 等［23］于2019 年利用EL 測(cè)量了在復(fù)原條件下（140 ℃，不同正向偏壓下）PERC 電池的過(guò)剩載流子濃度，并通過(guò)原位測(cè)量復(fù)原過(guò)程中流經(jīng)電池的電流隨時(shí)間的變化來(lái)確定B-O 缺陷的復(fù)原速率常數(shù)，發(fā)現(xiàn)PERC 電池在復(fù)原過(guò)程中其復(fù)原速率常數(shù)與過(guò)剩載流子濃度成比例增加。

盡管近年來(lái)人們對(duì)p 型Cz-Si 太陽(yáng)電池特別是PERC 電池的光衰及復(fù)原進(jìn)行了一些研究，但是仍需要大量的研究工作才能徹底揭示p 型Cz-Si 太陽(yáng)電池光衰及復(fù)原的規(guī)律及背后的機(jī)制。與以往的研究不同，本文著重研究了目前產(chǎn)業(yè)化直拉單晶硅棒上不同位置硅片制備的PERC 電池光衰及復(fù)原的規(guī)律，并給出了硅片中硼氧含量及過(guò)渡金屬雜質(zhì)含量隨硅片位置的變化，以及它們對(duì)PERC 電池光衰及復(fù)原影響的結(jié)果。

1 實(shí) 驗(yàn)

從國(guó)內(nèi)某公司生產(chǎn)的一根摻硼直拉單晶硅棒上間隔一定距離切割出6組156 mm×156 mm的單晶硅片。采用傅里葉變換紅外光譜儀和電感耦合等離子體質(zhì)譜儀（Inductively Coupled Plasma Mass Spectrometry： ICP-MS）分別測(cè)量了硅片中的氧、碳含量和過(guò)渡金屬雜質(zhì)（鐵、銅、鎳）的含量，而硼含量通過(guò)使用四探針測(cè)試儀測(cè)量硅片的電阻率間接得到。將6 組硅片各選出1 片制成雙面熱氧化鈍化的壽命樣品，并采用微波光電導(dǎo)延遲（Microwave Photoconductance Decay： μ-PCD）技術(shù)測(cè)量其少子壽命。最后，采用標(biāo)準(zhǔn)工藝將6組硅片制成PERC 電池。制備PERC 電池的工藝大致如下：KOH 溶液去損傷層、制絨，850 ℃POCl3擴(kuò)散形成約85 Ω/□的發(fā)射區(qū)，HF/HNO3溶液去背結(jié)，750 ℃熱氧化5 nm 氧化層，PECVD 400 ℃在硅片背面鍍20 nm AlOx/140 nm SiNx 疊層鈍化膜，PECVD 450 ℃在硅片正面鍍厚約80 nm SiNx 減反射膜，背面激光開(kāi)槽，絲網(wǎng)印刷正、背面電極，最高約800 ℃的燒結(jié)。

之后，我們對(duì)PERC 電池進(jìn)行了第一次12 h 光衰（45 ℃、1 sun）→24 h復(fù)原（100 ℃、1 sun）→12 h 再光衰（45 ℃、1 sun）處理，在光衰及復(fù)原過(guò)程中使用IVT 公司的VS-6821M 型太陽(yáng)電池I-V特性測(cè)試儀跟蹤測(cè)量了PERC 電池的各明I-V 特性參數(shù)（效率η、短路電流Isc、開(kāi)路電壓Voc和填充因子FF）隨處理時(shí)間的變化。對(duì)PERC電池的光衰及復(fù)原實(shí)驗(yàn)均在VS-6821M 型太陽(yáng)電池I-V 特性測(cè)試儀上進(jìn)行。需要說(shuō)明的是，由于在光衰及復(fù)原過(guò)程中VS-6821M 型太陽(yáng)電池I-V 特性測(cè)試儀每隔一定時(shí)間間隔測(cè)量一次PERC 電池的明I-V 特性參數(shù)，所以我們得到的是PERC 電池I-V 特性參數(shù)的原位光衰及復(fù)原測(cè)試曲線。

2 實(shí)驗(yàn)結(jié)果與討論

表1 給出了6 組硅片的電阻率、硼、氧、碳、鐵、銅、鎳含量以及少子壽命等的測(cè)試結(jié)果。由表1可知，從頭到尾摻硼量逐漸增加，電阻率逐漸降低。除第5組樣品以外，氧含量呈現(xiàn)出從頭到尾逐漸減小的趨勢(shì)。除第1 組和第5 組的碳含量稍高以外，其它組的碳含量相差不大。鐵含量比銅和鎳的含量高一個(gè)數(shù)量級(jí)，且鐵含量呈現(xiàn)出從頭到尾逐漸升高的趨勢(shì)。銅含量沒(méi)有顯示出明顯的規(guī)律性，第1 組的銅含量最高，而第2 組的銅含量最低。除第5組的鎳含量偏高以外，其它組的鎳含量相差不大，第5 組的鎳含量最高，而第6 組的鎳含量最低。理論上，雜質(zhì)沿直拉單晶硅棒軸向的分布可根據(jù)雜質(zhì)分凝系數(shù)來(lái)判斷。根據(jù)文獻(xiàn)［24］給出的雜質(zhì)在硅中的分凝系數(shù)（硼、氧、碳、鐵和銅的分凝系數(shù)分別為0.8、1.25、0.007、8×10-6和4×10-4），可判斷先凝固的晶體中的氧含量高于后凝固的晶體中的氧含量，即氧含量沿著硅棒從頭到尾逐漸降低；而除了氧以外，其它雜質(zhì)的含量都是沿著硅棒從頭到尾逐漸升高。我們對(duì)硼、氧和鐵含量的測(cè)試結(jié)果很好地體現(xiàn)了這一規(guī)律性。第1 組（頭部）較高的碳含量和第6 組（尾部）較低的碳含量可能分別由樣品表面的有機(jī)沾污和測(cè)試的誤差造成。由于直拉單晶硅棒中過(guò)渡金屬雜質(zhì)的含量極低，在制樣過(guò)程中任何不潔凈的因素（包括樣品表面的潔凈度、器皿的潔凈度、化學(xué)試劑的純度、實(shí)驗(yàn)室環(huán)境的潔凈度等）都可能對(duì)ICP-MS 樣品造成污染，從而影響測(cè)試結(jié)果的準(zhǔn)確性。此外，銅雜質(zhì)易于在單晶硅棒中形成不均勻分布的銅沉淀［25］，而且本文中的ICP-MS測(cè)試只選取了2 g 樣品制樣，即雜質(zhì)分布的不均勻和僅選取很小的一部分樣品制樣及測(cè)試進(jìn)一步增加了測(cè)試結(jié)果偏離真實(shí)值的可能性?？傊~和鎳雜質(zhì)的ICP-MS 測(cè)量結(jié)果沒(méi)有很好地體現(xiàn)理論預(yù)測(cè)的含量隨硅棒位置變化的規(guī)律與其含量過(guò)低和ICP-MS 的測(cè)量誤差等有關(guān)。但另一方面，文中所給的鐵、銅、鎳含量的ICP-MS 測(cè)量結(jié)果也具有較好的可信度，該測(cè)量結(jié)果與文獻(xiàn)［26］報(bào)道的結(jié)果在數(shù)量級(jí)（1012～1014cm-3）上是一致的。由于不同位置測(cè)得的碳含量相差不大，且碳含量對(duì)直拉單晶硅片少子壽命的影響可以忽略［27］。因此，以下我們將忽略碳含量對(duì)PERC 電池光衰及復(fù)原特性的影響。由表1 可知，除第5 組樣品以外，其它樣品的少子壽命隨著摻硼量的增加逐漸降低，即摻硼量越高，硅片的少子壽命越低。該結(jié)果與文獻(xiàn)［27］報(bào)道的少子壽命隨載流子濃度增加而降低的結(jié)論相符。第5組樣品較高的少子壽命可能與其較低的銅含量有關(guān)。此外，其中心區(qū)較高的少子壽命拉高了平均少子壽命。

表1 6組樣品的電阻率、硼、氧、碳及各種金屬雜質(zhì)含量和少子壽命的測(cè)試結(jié)果Table 1 Test data for resistivity，B，O，C，various metal impurities content and minority carrier lifetime of six groups samples

圖1 給出了6 組PERC 電池在第一次光衰（45 ℃、1 sun 光強(qiáng)、12 h）過(guò)程中I-V 特性參數(shù)隨處理時(shí)間的原位變化曲線。由圖可知，所有電池的效率、短路電流、開(kāi)路電壓和填充因子都呈現(xiàn)出硼氧缺陷致光衰（BO-LID）的典型特征，即“快衰減”+“慢衰減”的兩段指數(shù)衰減模式，然后趨于飽和。在第一次光衰過(guò)程中，P4 和P6 具有最高和次最高的效率，而P3 具有最低的效率；P2和P3 具有并列最高的短路電流，而P5 具有最低的短路電流；P4 和P2 具有最高和次最高的開(kāi)路電壓，而P5 和P6 具有最低和次最低的開(kāi)路電壓；P6具有最高的填充因子，而P3具有最低的填充因子。就衰減的速率和幅度來(lái)看，P5 的效率在快速衰減階段具有最快的衰減速率，也最先達(dá)到飽和。P3的效率在快速衰減階段具有最小的光衰速率，但是在慢速衰減階段卻具有最大的光衰速率，而且其效率在第一次光衰過(guò)程中是最低的。相對(duì)于中部樣品（P3和P4），頭部和尾部樣品往往具有更大的效率光衰幅度。P6 和P3 分別具有最大和最小的短路電流光衰幅度。我們注意到，開(kāi)路電壓越大，其光衰幅度越小，譬如P4 和P2 分別具有最大和次最大的開(kāi)路電壓以及最小和次最小的光衰幅度，而P5 和P6 分別具有最小和次最小的開(kāi)路電壓以及最大和次最大的光衰幅度。

圖2 給出了6 組PERC 電池在100 ℃、1 sun 光強(qiáng)、24 h 復(fù)原處理過(guò)程中I-V 特性參數(shù)隨處理時(shí)間原位變化的曲線。由圖可知，所有PERC 電池的效率復(fù)原曲線都是先衰減然后上升最后趨于飽和，而且上升的幅度均大大高于衰減的幅度。除P3 以外，隨著硅片含硼量的增加，效率衰減和上升的幅度都在增大，而復(fù)原上升的速率有所減小，因而達(dá)到飽和所需的時(shí)間有所增加。譬如P1 和P6 分別具有最小和最大的衰減及上升幅度。除P6以外，其它PERC 電池復(fù)原后的短路電流均小于復(fù)原前的短路電流。除P3 以外，短路電流上升的幅度均隨著硅片含硼量的增加而增加。P1～P3的開(kāi)路電壓的復(fù)原曲線非常接近，都是先直線上升，然后在復(fù)原處理6 h 達(dá)到飽和。P4-P6 的開(kāi)路電壓的復(fù)原曲線與其效率的復(fù)原曲線類似，都是先衰減再上升最后趨于穩(wěn)定，而且隨著硅片含硼量的增加，開(kāi)路電壓衰減和上升的幅度都在增大，達(dá)到飽和所需的時(shí)間也有所增加。即使P5 和P6 復(fù)原前的開(kāi)路電壓明顯低于P1～P4的開(kāi)路電壓，經(jīng)過(guò)復(fù)原處理后各電池的開(kāi)路電壓趨于一致。除P1 和P6 以外，其它PERC 電池的填充因子的復(fù)原曲線都是先衰減再上升最后趨于飽和。除P3 以外，隨著硅片含硼量的增加，填充因子衰減和上升的幅度都在增大，達(dá)到飽和所需的時(shí)間也有所增加。

圖1 6組PERC電池在第一次光衰（45 ℃、1 sun光強(qiáng)、24 h）時(shí)I-V特性參數(shù)隨處理時(shí)間的原位變化Fig. 1 In-situ variation of I-V parameters of six groups PERC solar cells with time during the 1st LID

圖3給出了6組PERC電池在第二次光衰時(shí)I-V特性參數(shù)隨處理時(shí)間的原位變化曲線。由圖可知，所有PERC 電池的效率和短路電流都是在光照的前1 h 遭遇最大幅度的光衰，隨后或趨于穩(wěn)定或繼續(xù)緩慢光衰再趨于穩(wěn)定。除P1 和P5 以外，其它電池的開(kāi)路電壓都顯示了較大的波動(dòng)性。P6 的開(kāi)路電壓不但沒(méi)有衰減還有輕微上升的趨勢(shì)，P1 和P4 的開(kāi)路電壓基本保持穩(wěn)定，P5 的開(kāi)路電壓在光照的前1 h有明顯的衰減隨后保持穩(wěn)定。除P3以外，其它電池的填充因子在再光衰階段都基本保持穩(wěn)定。P5 特別是P6 的填充因子顯示了緩慢上升再趨于穩(wěn)定的趨勢(shì)，且它們具有并列最高的填充因子。在第二次光衰過(guò)程中，P4 和P6 的效率再光衰曲線近似重合，且具有最高的效率。此外，P4 和P6 還分別具有最高和次最高的開(kāi)路電壓。P3 具有最低的效率、開(kāi)路電壓和填充因子。P1 和P5 的短路電流再光衰曲線近似重合，且具有最小的短路電流，而其它電池大體上具有并列最大的光衰后短路電流。就衰減的速率和幅度來(lái)看，P2 具有最大的效率、短路電流和開(kāi)路電壓光衰幅度。

圖2 6組PERC電池在復(fù)原（100 ℃、1 sun光強(qiáng)、24 h）時(shí)I-V特性參數(shù)隨處理時(shí)間的原位變化Fig. 2 In-situ variation of I-V parameters of six groups of PERC solar cells with time during the regeneration.

圖4 給出了6 組PERC 電池效率在各個(gè)處理過(guò)程的相對(duì)變化率。由圖可知，在第一次光衰階段，頭部和尾部電池相對(duì)于中部電池有更高的效率光衰幅度。在復(fù)原階段，所有電池效率的相對(duì)增加率均大于在第一次光衰階段的相對(duì)衰減率；除P2以外，其它電池的效率的復(fù)原上升幅度隨著摻硼量的增加而增加。在第二次光衰階段，所有電池的效率都有小幅衰減。除P2 以外，效率的相對(duì)衰減率與第一次光衰相比幾乎降低了一個(gè)數(shù)量級(jí)，而且PERC 電池效率的衰減幅度大體呈現(xiàn)出隨摻硼量增加而減小的趨勢(shì)。

由于所研究的PERC 電池使用相同的工藝制成，電池所表現(xiàn)出的不同光衰及復(fù)原特性主要是由硅片內(nèi)部雜質(zhì)含量以及缺陷濃度造成的。為此，我們從硼氧及過(guò)渡金屬雜質(zhì)含量的角度對(duì)實(shí)驗(yàn)結(jié)果給予宏觀定性的解釋。P4 在第一次光衰時(shí)具有最高的效率和開(kāi)路電壓，且其效率和開(kāi)路電壓的光衰幅度均較小。復(fù)原時(shí)P4 的效率、開(kāi)路電壓和填充因子具有僅次于P5 和P6 的復(fù)原上升幅度，且具有最高的復(fù)原后效率和次最高的開(kāi)路電壓和填充因子。在第二次光衰時(shí)P4 的效率僅在光照前1 h有衰減然后趨于穩(wěn)定，開(kāi)路電壓和填充因子基本保持穩(wěn)定，且具有最高的效率和開(kāi)路電壓。P4 最高的性能表現(xiàn)可能與其硅片適中的硼含量和較低的氧碳含量（盡管氧含量仍比硼含量高約2個(gè)數(shù)量級(jí)）有關(guān)。P3 在第一次光衰時(shí)具有最低的效率和填充因子。復(fù)原時(shí)，P3 具有較低的效率、開(kāi)路電壓和填充因子復(fù)原上升幅度，且具有最低的復(fù)原后效率和填充因子。第二次光衰時(shí)P3 的效率、開(kāi)路電壓和短路電流都有衰減，且具有最低的效率、開(kāi)路電壓和填充因子。我們注意到，P3 的過(guò)渡金屬雜質(zhì)（鐵、銅、鎳）含量均小于P4，P3 的電池性能理應(yīng)優(yōu)于P4，但是P3 的性能卻遠(yuǎn)不如P4。從硅片的少子壽命來(lái)看，第3組樣品的少子壽命確實(shí)優(yōu)于第4 組樣品。因此，電池制備工藝是造成P3和P4 性能差異的根本原因。根據(jù)文獻(xiàn)［25］和［26］的報(bào)道，鐵、銅、鎳在硅中都是快擴(kuò)散金屬雜質(zhì)，PERC 電池工藝中的磷擴(kuò)散和去磷硅玻璃等工藝可對(duì)鐵和鎳等進(jìn)行有效的雜質(zhì)吸除，從而大大降低它們對(duì)電池性能的影響。然而，P3 含有比P4 更高的氧含量，而且P3 也具有較高的銅含量，較高的氧含量和銅含量會(huì)在晶體硅中形成不均勻分布的氧沉淀和銅沉淀，而它們是非常有效的載流子復(fù)合中心，且無(wú)法通過(guò)雜質(zhì)吸除的方法去除。因此，我們認(rèn)為P3 最低的性能表現(xiàn)可能與其較高的氧含量和銅含量導(dǎo)致的氧沉淀和銅沉淀引入的較高密度的結(jié)構(gòu)缺陷有關(guān)。P5 和P6 在第一次光衰時(shí)分別具有最大和次最大的開(kāi)路電壓光衰幅度。復(fù)原時(shí)P6 和P5 分別具有效率、短路電流和開(kāi)路電壓的最大和次最大衰減和復(fù)原上升幅度。第二次光衰時(shí)P5 的效率、開(kāi)路電壓和短路電流有衰減，但是填充因子有上升的趨勢(shì)，而P6 的效率和短路電流有衰減，開(kāi)路電壓和填充因子有上升的趨勢(shì)，造成P5 和P6 效率的光衰幅度相對(duì)較小，同時(shí)也說(shuō)明復(fù)原后的硼氧缺陷具有較好的抗光衰性能。因?yàn)檠鹾勘扰鸷扛叱鰞蓚€(gè)數(shù)量級(jí)，更高的硼含量就意味著更高的硼氧缺陷濃度，而更高的硼氧缺陷濃度意味著第一次光衰時(shí)更大的光衰幅度和復(fù)原時(shí)更大的上升幅度。此外，P6和P5在第一次光衰時(shí)分別具有最高和次最高的填充因子，P5 和P6 在復(fù)原時(shí)具有第一大和第三大的復(fù)原后填充因子，P5 和P6 在第二次光衰時(shí)具有并列最高的填充因子，該結(jié)果可以用更高的硼含量來(lái)解釋，更高的摻硼量意味著更低的硅片電阻率，進(jìn)而意味著更低的串聯(lián)電阻和更高的填充因子。第一次光衰時(shí)，頭部和尾部樣品往往比中部樣品（P3 和P4）具有更大的效率光衰幅度。頭部較高的光衰幅度可能是由于頭部具有最高的氧、碳和銅含量所致，更高密度的氧沉淀和銅沉淀會(huì)導(dǎo)致更高密度的結(jié)構(gòu)缺陷，進(jìn)而造成更大的光衰。尾部樣品更高的光衰是由于尾部硅片更高的硼含量繼而更高的硼氧缺陷濃度所致。復(fù)原時(shí)效率、填充因子衰減和上升的幅度隨著硅片含硼量的增加而增大，暗示了硼氧缺陷在所制備的PERC 電池的光衰及復(fù)原中起主導(dǎo)作用。PERC 電池在復(fù)原過(guò)程中P6 的效率、開(kāi)路電壓和短路電流的復(fù)原幅度最高，復(fù)原后的值均大于初始值。第二次光衰時(shí)P6 仍具有與P4 并列最高的效率且最初光衰的幅度也較小，開(kāi)路電壓和填充因子不降反升。該結(jié)果一方面說(shuō)明了100 ℃、1 sun 光強(qiáng)、24 h 的復(fù)原條件足以讓PERC電池內(nèi)部的硼氧缺陷近乎完全失活，第二次光衰時(shí)效率在初始階段的小幅光衰可歸因于未達(dá)到復(fù)原狀態(tài)的硼氧缺陷所致，也證明了達(dá)到復(fù)原狀態(tài)的硼氧缺陷具有很好的抗光衰性能；另一方面該結(jié)果也說(shuō)明了第6組硅片雖具有最高的鐵含量（濃度高達(dá)5.93×1014/cm3），但是被PERC 電池制備工藝中的磷擴(kuò)散和去磷硅玻璃等工藝有效去除，使之幾乎沒(méi)有對(duì)電池的性能造成任何負(fù)面影響。

圖3 6組PERC電池在第二次光衰（100 ℃、1 sun光強(qiáng)、12 h）時(shí)I-V特性參數(shù)隨處理時(shí)間的原位變化Fig. 3 In-situ variation of I-V parameters of six groups of PERC solar cells with time during the 2nd LID

3 結(jié) 論

PERC 電池的光衰→復(fù)原→再光衰實(shí)驗(yàn)結(jié)果表明，P4 在兩次光衰中都表現(xiàn)出最高的效率和開(kāi)路電壓，而且其效率和開(kāi)路電壓在復(fù)原階段的復(fù)原上升幅度僅次于P5 和P6。P4 最高的性能表現(xiàn)被歸因于硅片適中的硼含量和較低的氧碳含量。P3 在兩次光衰中都表現(xiàn)出最低的效率和填充因子，而且其在復(fù)原階段的復(fù)原上升幅度也較低，且具有最低的復(fù)原后效率和填充因子。P3 最低的性能表現(xiàn)被歸因于硅片較高的氧含量和銅含量以及由此導(dǎo)致的結(jié)構(gòu)缺陷。P6 在復(fù)原階段效率、開(kāi)路電壓和短路電流的復(fù)原幅度最高，復(fù)原后的值均大于初始值。P6 最高的復(fù)原上升幅度被歸因于硅片最高的硼含量。在第二次光衰時(shí)P6 具有與P4 并列最高的效率且最初光衰的幅度也較小，該結(jié)果一方面說(shuō)明了100 ℃、1 sun光強(qiáng)、24 h的復(fù)原條件足以讓PERC 電池內(nèi)部的硼氧缺陷近乎完全失活，第二次光衰時(shí)效率在初始階段的小幅光衰可歸因于未達(dá)到復(fù)原狀態(tài)的硼氧缺陷所致，也證明了達(dá)到復(fù)原狀態(tài)的硼氧缺陷具有很好的抗光衰性能；另一方面該結(jié)果也說(shuō)明了第6組硅片雖具有最高的鐵含量（濃度高達(dá)5.93×1014/cm3），但是被PERC 電池制備工藝中的磷擴(kuò)散和去磷硅玻璃等工藝有效去除，使之幾乎沒(méi)有對(duì)電池的性能造成任何負(fù)面影響。P6 和P5 在實(shí)驗(yàn)過(guò)程中表現(xiàn)出較高的填充因子，被歸因于硅片更高的硼含量。