太阳能电池片常见缺陷处理

:摘要:针对晶体硅太阳电池缺陷的检测问题，利用多种测试设备（EL、PL、Corescan等），在电池制作的主要工序段（扩散、镀膜、印刷、烧结）对硅片和电池片进行检测，归纳和总结了电池的各种典型缺陷的成因，利用这些检测手段和分析结果，能够及时有效地反馈生产过程中产生的缺陷类型，有利于生产工艺的改进和质量的控制。

（来源：微信公众号“摩尔光伏”）

1、引言

晶硅太阳能电池在制造过程中通常采用制绒、扩散、刻蚀、PECVD、印刷、烧结几道工序，由于一些机械应力、热应力及人为等不稳定因素的存在，会不可避免的造成硅片的一些隐性缺陷如污染、裂纹、扩散不均匀等，这类缺陷的存在大大降低了电池片的光电转换效率，导致公司增加经济损失。利用多种测试设备如EL、PL、corescan等检测硅片、半成品电池及成品电池存在的各种隐形缺陷，改善工艺参数，降低产品的不合格率，为公司提高成品率，大大的降低成本。

2、检测设备工作原理

2.1光致发光（PL）

PL是检测原材料的有效方法，如Fig.2-1所示，以大于半导体硅片禁带宽度的光作为激发手段，激发硅中的载流子，当撤去光源后，处于激发态的电子属于亚稳态，在短时间内会回到基态，这一过程中会释放波长为1100nm的光子，光子被灵敏的CCD相机捕获，得到硅片的辐射复合图像[1]。

Fig.2-1光致发光

2.2电致发光（EL）

EL与PL工作原理相似，但不同之处在于激发非平衡载流子的方式不同，即在电池的正向偏压下，注入非平衡载流子（Fig.2-2）。

Fig.2-2电致发光

2.3微波光电导衰减法（u-PCD）

u-PCD主要包括904nm的激光注入产生电子-空穴对（Fig.2-3a），导致样品的电导率增加，当撤去外界光注入时（Fig.2-3b），电导率随时间指数衰减，这一趋势间接反应少数载流子的衰减趋势，从而通过微波探测电导率随时间变化的趋势得到载流子的寿命。

Fig.2-3a激光激发

Fig.2-3b微波探测

2.4方块电阻扫描（SHR）

SHR测试探头在中心有一个激光源（Fig.2-4），紧跟着有两个同心圆环形电容电极，激光的频率可以调整。激光注入产生电子空穴，内建电场将电子空穴分离，将产生表面势，表面势反映了SHR信号并且向横向扩散，内外探头获取表面势。硅片的方阻通过在两个电容电极测量电势的比率计算。

Fig.2-4SHR

2.5串联电阻扫描（Corescan）

Corescan的扫描头包含一个光源和金属探针（Fig.2-5），扫描过程中，将电池片短路连接,扫描头以固定的扫描间距、速度移动，光源照射在电池片上产生光生电流，同时金属探针在电池片表面划动，测量光照位置的电压值，电压值即表征了电池片正面的串联电阻的大小。

Fig.2-5Corescan

3、结果及讨论

3.1原材料缺陷

原材料的优劣影响电池片的光电转换效率，有效的检测原材料的优劣，降低原材料的不合格率，能够直接减少经济损失。Fig.3-1所示为“黑芯片”的PL图片，在光照条件下，黑色区域存在大量的缺陷，它们起到复合中心作用，使得载流子在此处复合时发出较弱的光，而温场不均匀造成的位错或杂质氧沉淀导致黑芯片的产生，其电池片的电性能一般显示为Irev、Rs略高、Rsh较正常，Voc稍低，只是Isc明显偏小。

Fig.3-1黑芯片

Fig.3-2a为“四角黑”电池片的EL图片，腐蚀掉正背面电极、氮化硅、PN结后测试其少子寿命，如Fig.3-2c所示，从图中可看出，电池片黑角区域的寿命相对正常区域严重偏低，说明此处存在大量的缺陷，可能原因是硅棒在拉制过程中，外层有污染或有晶体缺陷产生，而导致硅材料的性能下降。一般电池片的电性能显示为Voc稍低，Isc明显偏小，其余性能参数较正常。

Fig.3-2四角黑

从附表1的IV数据可以看出，整体暗电池片的Voc比正常片低了12mv，通过Fig.3-3的EL图像（同一亮度）可以明显看出两片电池片的差异。腐蚀两片电池片的氮化硅薄膜、正背面电极、电场及PN结后测得整体暗的电池片平均寿命为8.76us，而正常片的平均寿命为11.45us（Fig.3-3c、d），原材料中含有过多的杂质导致复合增加是造成Voc偏低的主要原因。

Fig.3-3整体暗