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硅片質(zhì)量對太陽能電池性能的影響，主要涉及少子壽命、早期光致衰減、位錯(cuò)對電池性能的影響，淺談組件功率下降的原因與解決方式等。

一、相關(guān)概念

1、 少子

少子，即少數(shù)載流子，它相對于多子而言。半導(dǎo)體材料中有電子和空穴兩種載流子。如果在半導(dǎo)體材料中某種載流子占少數(shù)，導(dǎo)電中起到次要作用，則稱它為少子。如，在 N 型半導(dǎo)體中,空穴是少數(shù)載流子，電子是多數(shù)載流子；在 P 型半導(dǎo)體中,空穴是多數(shù)載流子,電子是少數(shù)載流子。

2、光致衰減

對于硼摻雜的 Cz 法生長的單晶硅太陽能電池，當(dāng)它暴露于光照下時(shí)，電池性能會(huì)衰減，并最終達(dá)到一個(gè)穩(wěn)定的效率，這種現(xiàn)象叫作光致衰減。

3、 熱斑

太陽電池?zé)岚呤侵柑栯姵亟M件在陽光照射下，由于部分組件受到遮擋無法工作，使得被遮蓋的部分升溫遠(yuǎn)遠(yuǎn)大于未被遮蓋部分，致使溫度過高出現(xiàn)燒壞的暗斑。熱斑可能導(dǎo)致整個(gè)電池組件損壞，造成損失。因此，需要研究造成熱斑的內(nèi)在原因，從而減小熱斑形成的可能性。太陽電池?zé)岚叩男纬芍饕蓛蓚€(gè)內(nèi)在因素構(gòu)成，分別與內(nèi)阻和太陽電池自身暗電流大小有關(guān)。

4、 反向電流（reverse current）

反向電流原本是針對二極管提出的一個(gè)概念，當(dāng)二極管反向偏置的時(shí)候本來應(yīng)該是不導(dǎo)通的，沒有電流；但是實(shí)際在二極管兩端加反向電壓的時(shí)候，會(huì)有微弱的電流流過二極管，這個(gè)電流就是反向電流。

從反向電流和漏電流都可以判斷 Si 片中雜質(zhì)含量高低。

5、 暗電流（dark current）與暗電流曲線

指無光照條件下，P-N 結(jié)在不同電壓下的電流。暗電流曲線是指太陽能電池在沒有光照下的電壓－電流（IV）曲線，測試方法與光電流一樣，只是必須完全隔絕光線。

測量暗電流的意義在于表征電池的整流效應(yīng)。好的電池應(yīng)該有比較高的整流比，也就是正向暗電流比反向暗電流高越多越好。電流的整流效應(yīng)與電池開路電壓有關(guān)。

二、少子壽命對電池性能的影響

少子壽命是指半導(dǎo)體材料在外界注入（光或電）停止后，少數(shù)載流子從最大值衰減到無注入時(shí)的初值之間的平均時(shí)間。少子壽命值越大，相應(yīng)的材料質(zhì)量越好。

電池片從線上下來測試的時(shí)候，如果是燒結(jié)后的測試，在電場的作用下少子會(huì)定向移動(dòng)，一般少子是由半導(dǎo)體本征激發(fā)而產(chǎn)生，暗電流過大會(huì)導(dǎo)致開路電壓變小，直接導(dǎo)致轉(zhuǎn)換率下降，然而暗電流過小的話，說明少子的量少，少子少說明少子壽命短，在少子被激發(fā)出來后很快的被復(fù)合掉。

少子壽命由少子的有效質(zhì)量和散射有關(guān)，有效質(zhì)量是與能帶結(jié)構(gòu)決定，一般片子都是固定的，有效質(zhì)量也是固定的，所以少子壽命主要與散射有關(guān)，散射分離子散射，缺陷散射，和晶格散射等，如果片子內(nèi)部缺陷多，離子多，晶格震動(dòng)越厲害，散射率越明顯，散射率越大，少子壽命大大越低，此外散射還與溫度有關(guān)，溫度越高，內(nèi)部的微觀運(yùn)動(dòng)越劇烈，導(dǎo)致散射率變大，少子壽命下降，少子

壽命下降直接導(dǎo)致片子的短路電流減小，導(dǎo)致轉(zhuǎn)換率下降，因此通過判斷暗電流的大小，我們可以知道片子的基本狀況，是好是壞，壞在哪里也就一清二楚了。

三、早期光致衰減對電池性能的影響

1、 光伏組件輸出功率的衰減的兩個(gè)階段

第一個(gè)階段，我們可以把它稱作初始的光致衰減，即光伏組件的輸出功率在剛開始使用的最初幾天內(nèi)發(fā)生較大幅度的下降，但隨后趨于穩(wěn)定。導(dǎo)致這一現(xiàn)象發(fā)生的主要原因是光照或電流注入導(dǎo)致硅片中的硼和氧形成硼氧復(fù)合體，降低了少子壽命。

第二個(gè)階段，我們可以把它稱作組件的老化衰減，即在長期使用中出現(xiàn)的極緩慢的功率下降，產(chǎn)生的主要原因與電池緩慢衰減有關(guān)，也與封裝材料的性能退化有關(guān)。

其中第一階段的早期光致衰減是由硅片質(zhì)量問題導(dǎo)致的。

2、 早期光致衰減的危害

（1）危害

早期光致衰減一方面會(huì)引起組件功率在使用的最初幾天內(nèi)發(fā)生較大幅度的下降，使標(biāo)稱功率和實(shí)際功率不符；另一方面，如果同一組件內(nèi)各個(gè)電池片光致衰減不一致，會(huì)造成原本分選時(shí)電性能一致的電池片，經(jīng)過光照后，電性能存在很大偏差，引起組件曲線異常和熱斑現(xiàn)象，導(dǎo)致組件早期失效。熱斑電池的溫度與周電池的溫度相差較大，過熱區(qū)域可引起 EVA 加快老化變黃，使該區(qū)域透光率下降，從而使熱斑進(jìn)一步惡化，導(dǎo)致組件的早期失效。

（2）如何如何消除或減小熱斑

為了防止太陽電池由于熱斑效應(yīng)而遭受破壞，最好在太陽電池組件的正負(fù)極間并聯(lián)一個(gè)旁路二極管，以避免光照組件所產(chǎn)生的能量被受遮蔽的組件所消耗， 該二極管的作用是當(dāng)電池片出現(xiàn)熱斑效應(yīng)不能發(fā)電時(shí)，起旁路作用，讓其它電池片所產(chǎn)生的電流從二極管流出，使太陽能發(fā)電系統(tǒng)繼續(xù)發(fā)電，不會(huì)因?yàn)槟骋黄姵仄霈F(xiàn)問題而產(chǎn)生發(fā)電電路不通的情況。

能解決熱斑的二極管很多,但目前的關(guān)鍵是選擇結(jié)溫最低的，產(chǎn)生熱斑時(shí)， 很大的電流將通過二極管，較短時(shí)間內(nèi)，二極管的溫度將上升很快，直至超過接線盒內(nèi)部構(gòu)件的融化溫度，接線盒將被燒毀。

在 IEC 61215 第二版中，有二極管發(fā)熱測試，其方法如下：把組件放在 75 度烘箱中至熱穩(wěn)定，在二極管中通組件的實(shí)際短路電流，熱穩(wěn)定后（例如 1h），測量二極管的表面溫度，根據(jù)以下公式計(jì)算實(shí)際結(jié)溫 Tj=Tcase + R*U*I 其中 R 為熱阻系數(shù)，由二極管廠家給出，Tcase 是二極管表面溫度（用熱電偶測出），U是二極管兩端壓降（實(shí)測值），I 為組件短路電流。計(jì)算出的 Tj 不能超過二極管規(guī)格書上的結(jié)溫范圍。

所以，對于這個(gè)測試，選擇二極管要看以下幾個(gè)量：電流（大的好）、最大結(jié)溫（大的好）、熱阻（小的好）、壓降（小的好）、反向擊穿電壓（一般 40V 就遠(yuǎn)遠(yuǎn)夠了）。

3、 解決辦法

1）改善硅單晶質(zhì)量

A.利用磁控直拉硅單晶工藝

此工藝不僅能控制單晶中的氧濃度，也使硅單晶縱向、徑向電阻率均勻性得到改善，但需配置磁場設(shè)備并提供激磁電源，增加成本和工藝難度；

B.使用摻磷的 N 型硅片

從目前產(chǎn)業(yè)化的絲網(wǎng)印刷 P 型電池工藝來看，N 型電池在轉(zhuǎn)換效率和制造成本上還沒有優(yōu)勢，一些關(guān)鍵工藝有待解決

C.用稼代替硼作為 P 型摻雜劑

由于稼在硅中的分凝系數(shù)為 0.008，遠(yuǎn)小于硼的 0.8，這使得摻稼單晶硅棒的電阻率分布相對摻硼單晶較寬，但對于市場上單晶硅電池要求電阻率為 0.5-6 歐姆的規(guī)格范圍，這并不是個(gè)問題，現(xiàn)有電池工藝完全可以接受。

采用稼替代硼作為 P 型摻雜劑的優(yōu)勢主要有：

①對現(xiàn)有拉晶設(shè)備和工藝無任何影響，僅需將硼摻雜劑改為稼摻雜劑；

②對現(xiàn)有電池制造工藝無任何影響；

③每 50 千克硅料僅需摻稼 1~2 克，成本約為 10 元

2）電池片光照預(yù)衰減

四、位錯(cuò)對電池性能的影響

硅片中存在著極高的位錯(cuò)密度，成為少數(shù)載流子的強(qiáng)復(fù)合中心，最終導(dǎo)致電池和組件性能的嚴(yán)重下降。

五、太陽能電池生產(chǎn)工藝中每個(gè)工序的工藝難點(diǎn)

1、制絨的工藝難點(diǎn)是絨面金字塔要小而均勻，沒有手指印，花籃印，色差， 發(fā)白等現(xiàn)象；

2、擴(kuò)散是核心工序，難點(diǎn)是方塊電阻不均勻，以及 PN 結(jié)的深淺控制（結(jié)合硅片情況）；

3、去邊要求刻去邊上的 PN 結(jié)，對與刻邊的控制，刻后漏電流要?。?br />
4、去 PSG 就是去除表面的磷硅玻璃，腐蝕過后表面清潔，瀝水效果好；

5、減反射膜主要是控制膜的厚度（最佳厚度為 1/4 光波長），以及沒有色差；

6、印刷可以說是比較重要的環(huán)節(jié)，背面鋁漿的厚度，柵線的寬度和高度， 要求漿料的粘稠度要和網(wǎng)板匹配起來，和硅片的具體情況匹配才能達(dá)到比較好的效果。

7、燒結(jié)要重要的是溫度以及履帶的速度控制，這要根據(jù)硅片以及漿料的具體情況調(diào)整到比較好的范圍 

原標(biāo)題：電池片衰減原因強(qiáng)分析