硅片材料特性对电池综合性能的影响

,JA Solar,JA Solar,JA Solar,JA Solar,JA Solar,Manuscripts Title,文稿标题,#,May 8,2012,晶澳,太阳能,May 8,2012,Thank You!,硅片材料特性对电池综合性能的影响,向巍 黄宗明,电池基地 晶澳太阳能,2,November 28,2024,晶澳太阳能,VI,应用培训,纲要,太阳能晶硅电池工艺简介,硅片材料特性对电池外观质量的影响,硅片材料特性对电池电性能的影响,3,November 28,2024,晶澳太阳能,太阳能电池的结构,原料片,成品片剖面图,成品片,正面,背面,太阳能电池由硅片基底、正面结构、背面结构组成；其中硅片特性是影响电池综合性能的主要因素之一。,制绒工序,功能,去除表面油污和切割损伤层,增大光接收面积,降低反射率，增加太阳光的吸收比例,单晶绒面,SEM,图片,化学用品,多晶：,HNO3+HF,单晶：,NaOH+,酒精（或,IPA,）,多晶绒面,SEM,图片,晶澳太阳能,4,November 28,2024,扩散工序,在,P,型衬底的硅片上，在高温下形成表面磷掺杂，从而得到太阳能电池的关键部分,-PN,结。目前一般采用,POCl3,作为磷源，在卧式炉管中扩散。,P,type,：硼掺杂,N,type,：磷掺杂,5,晶澳太阳能,November 28,2024,PECVD,镀膜工序,在硅片表面沉积一层氮化硅减反射膜，以增加入射在硅片上的光的透射，减少反射。,板式,PECVD,机台,管式,PECVD,机台,n,0,n,2,r,1,r,2,1,2,1,6,晶澳太阳能,November 28,2024,丝网印刷工序,印刷分为三部分,电极印刷,电池片烧结,电池片检测,电池片正面,电池片反面,正面电极：银浆,背电场：铝浆,背电极：银铝浆,7,晶澳太阳能,November 28,2024,8,November 28,2024,序号,硅片缺陷,定义,1,外观,缺口,贯穿硅片的局部缺损，不允许,崩边,指硅片边缘或表面未贯穿晶片的局部缺损区域，大小需小于,0.2mm,*,0.5mm,，最多允许,2,个,2,3,裂纹,硅片裂开缺陷，不允许,4,线痕,线切过程中产生的明显可见的加工线缺陷，高度需小于,15um,6,小亮边,硅片侧面连续性微小崩边，多由粘胶面缺陷造成，长度需小于硅片边长的,1/2,，宽度需小于片厚的,1/3,7,表面脏污,硅片的表面或侧面沾有硅胶或油污等杂物，影响硅片外观和制绒效果的缺陷，不允许,8,尺寸,厚度,硅片中心厚度，需符合到货规格要求,9,TTV,硅片最厚点和最薄点之差（,5,点），需小于,25um,10,边长,硅片边长，需符合,1560.4mm,11,对角线,硅片对角线长度，需符合,219.20.5mm,12,电性能,碳氧含量,硅片碳、氧元素含量，,碳含量需符合,0.910E17 atoms/cm3,要求,氧含量需符合,0.910E18 atoms/cm3,要求,13,少子寿命,硅片钝化后少子寿命，需符合,30,s,要求,14,电阻率,硅片表面电阻率，需符合,0.8-3.,cm,范围要求,晶澳太阳能,硅片质量参数监控简介,9,November 28,2024,尺寸测量点位：,边长测量方法：如图测量,4,条边的边长。,TTV,测量方法：测如图中,5,个点的厚度，,5,点中最大值与最小值的差为该硅片的,TTV,。,对角线测量方法：测量如图所示的两条对角线长度。,厚度的测量方法：测量如图所示的硅片中心点的厚度即是该硅片的厚度。,质量参数监控方式简介,晶澳太阳能,10,November 28,2024,预清洗,制绒,制绒后清洗,硅片装卸蓝,扩散,边缘,PN,结刻蚀,硅片周转及,PSG,清洗,SiN,镀膜,丝网印刷,烧结,测试分档,包装,扩散装卸舟,硅片周转,硅片制绒,：由于制绒过程是化学腐蚀和物理传动过程，若硅片表面存在缺陷，会导致制程碎片率升高。,硅片周转,：由于硅片表面缺陷导致其表面承受应力降低，在硅片周转过程中会造成碎片率上升，硅片表面缺陷扩大。,硅片刻蚀,：由于刻蚀过程是化学清洗和物理传动过程，若硅片表面存在缺陷，会导致制程碎片率升高。,电池片印刷,：由于硅片凸起或凹陷的线痕影响，会使栅线印刷效果降低，产生客户不可接受的外观缺陷（结点，栅线粗细不均）。,电池片各生产制程中，有,4,类步骤均会对硅片表面缺陷产生扩大化影响，分别为：,1.,硅片制绒；,2.,硅片刻蚀；,3.,硅片印刷；,4.,电池片加工过程周转。,外观监控项与电池片生产相关性介绍,晶澳太阳能,November 28,2024,崩边：,指硅片边缘或表面未贯穿晶片的局部缺损区域，当崩边在硅片边缘产生时，其尺寸由径向深度和周边弦长给出；,崩边,经过制绒、刻蚀等一系列电池制作工艺后容易恶化，造成高比例的电池片崩边、缺口及碎片。,硅片崩边,电池片崩边,电池片缺口,电池片碎片,硅片缺陷与电池片相关性图例,晶澳太阳能,11,November 28,2024,缺口：,贯穿硅片的局部缺损，按开口角度是否小于,90,分为,V,型缺口和钝形缺口,；,缺口经过制绒等一系列电池制作工艺后容易恶化，造成高比例的电池片缺口及碎片。,硅片缺口,电池片缺口,电池片碎片,硅片缺陷与电池片相关性图例,晶澳太阳能,12,November 28,2024,线痕：,线切过程中产生的明显可见的加工线缺陷,；,硅片线痕会造成电池片印刷不良，包括结点和粗细不均，同时由于丝网印刷的特殊性，一片线痕会连续影响下面,34,片硅片印刷品质。,硅片线痕,电池片线痕,电池缺陷局部图,结点,细栅线粗细不均,硅片缺陷与电池片相关性图例,晶澳太阳能,13,November 28,2024,规则性线痕：,采用,双向,线切,割方式,产生的明显可见,规则性线痕,；,硅片规则性线痕会造成电池片水波纹，影响外观品质。,硅片规则性线痕,电池片水波纹,硅片缺陷与电池片相关性图例,晶澳太阳能,14,November 28,2024,表面脏污：,硅片的表面或侧面沾有硅胶或油污等杂物，影响硅片外观和制绒效果的缺陷,；,镀膜后表面脏污,电池片脏污,硅片表面脏污,硅片的表面,污染,，,会造成,硅片外观和制绒效果的缺陷,，影响电池片外观品质；甚至会对扩散造成交叉污染，带来不稳定因素。,硅片缺陷与电池片相关性图例,晶澳太阳能,15,November 28,2024,硅片粘胶面缺陷,：,硅片粘胶面,一连串的小,亮,边，缺陷很小,，,与崩边相近,；,硅片粘胶面,一连串的小,亮,边，缺陷很小,，,与崩边及其相近,，但经过制绒等相关工艺后，缺陷容易恶化，造成电池片崩边、缺口及碎片，影响外观品质。,硅片粘胶面缺陷,电池片边缘缺陷,硅片缺陷与电池片相关性图例,晶澳太阳能,16,17,November 28,2024,Eta,：转换效率,Uoc:,开路电压,Isc,：短路电流,FF,：填充因子,Rsh,：并联电阻,Irev2,：反向电流,2(-12V),电池主要电性能介绍,晶澳太阳能,厚度,电阻率,少子寿命,C.O,含量,金属杂质,位错,晶界,November 28,2024,晶澳太阳能,18,硅片材料特性,19,November 28,2024,厚度,理想情况下，,Isc,随着厚度的增加而增加。,基体对光的吸收增加，尤其是长波段的光。,Si,在标准的制程下，当片厚小于,200m,时，,mc-Si,太阳电池的主要性能参数开始减少。在降低硅片厚度以减少光伏成本时，要使用有效的表面钝化方法来减少表面复合与提高基区质量。,晶澳太阳能,随着硅片薄化的趋势，硅片厚度除了对电池良率会产生负面影响，逐渐会对效率产生负面影响。,1,1,马丁,格林,.,太阳能电池工作原理、技术和系统应用,M.,上海交通大学出版社，,2010.,International Technology Roadmap for Photovoltaics,电阻率,工艺条件,片源,电阻率,少子寿命,ISC,VOC,FF,ETA,低方阻,同一厂家,1.84,16.90,1.0538,1.0400,1.0130,1.0544,1.40,12.40,1.0388,1.0417,1.0157,1.0438,高方阻,同一厂家,2.08,63.55,1.0563,1.0417,1.0103,1.0563,1.60,33.79,1.0525,1.0433,1.0184,1.0625,高方阻,不同厂家,2.27,53.15,1.0525,1.0433,1.0169,1.0600,1.61,45.97,1.0488,1.0483,1.0191,1.0644,当电阻率较高时，其电流较高，但电压及填充相对较低；反之亦然。,November 28,2024,20,晶澳太阳能,电阻率对效率的影响较大，并且硅片电阻率,-,电池工艺有一定的匹配性。,2,2,屈莹,.,不同电阻率太阳能电池制作工艺探索及电性能研究,C.,第十一届中国光伏大会暨展览会会议论文集,.2010.,21,November 28,2024,电阻率,标称功率,浆料,衰减类别,衰减率,1.404,高档位,-,LID,-1.80%,低档位,-,LID,-1.75%,1.848,高档位,-,LID,-1.29%,低档位,-,LID,-1.71%,衰减（,LID),晶澳太阳能,电阻率,通常电阻率与电池,LID,呈反比关系。,2,少子寿命,少子寿命是用于表征材料的重金属沾污及体缺陷的重要参数，少子寿命值越大，相应的材料质量越好。,由于多晶硅片内部杂质和缺陷的不均匀性，其少子寿命分布也具有很大的不均匀性，而最终决定所做电池效率的是硅片少子寿命最小值。,少子寿命,Uoc,Isc,IRev2,Rse,Rsh,FF,Eta,5.05,1.0277,1.0385,1.0506,1.0885,1.6277,1.0082,1.0213,8.09,1.0223,1.0331,1.1450,1.0580,1.0565,1.0106,1.0131,17.1,1.0337,1.0462,1.1481,1.0205,1.3343,1.0104,1.0369,33.85,1.0323,1.0433,1.6369,1.0160,1.1168,1.0136,1.0363,45.46,1.0350,1.0458,1.5344,1.0185,1.1348,1.0132,1.0413,November 28,2024,22,晶澳太阳能,通常硅片少子寿命和电池效率呈正比关系。,3,3,张光春,.,尚德电力控股有限公司,.,硅片质量对太阳能电池性能的影响,C.,International Technology Roadmap for Photovoltaics,C,O,含量,氧杂质的原生热施主和原生氧沉淀影响太阳电池效率,氧与硼原子作用，形成,B-O,复合体，会在光照下进一步降低太阳电池效率。,碳杂质参与了氧沉淀,或新施主的生成。,SiC,颗粒（柱状）,November 28,2024,23,晶澳太阳能,硅片中碳、氧含量需要被监控，并控制在合适的规格内。,4,4,杨德仁,.,杂质对太阳电池材料的影响,.C.,第四届太阳硅材料会议,2008.,3,24,November 28,2024,铁在硅中的存在形态：,间隙态铁,铁沉淀,铁的复合物,金属杂质,金属杂质及其沉淀或复合体都是少数载流子主要的复合中心,晶澳太阳能,金属杂质特别是过渡金属杂质对电池效率负面影响较大。,1,间隙态铁分布,November 28,2024,25,晶澳太阳能,金属杂质,5,5,邓海，杨德仁等,铸造多晶硅中杂质对少子寿命的影响,J.,太阳能学报，,2007.Vol.28.,26,November 28,2024,沉淀铁,絮状黑色区域为沉淀铁的位错或晶界，其很难通过吸杂去除,晶澳太阳能,金属杂质,6,6 Buonassisi T et al,Nature MaterialsJ,2005,4(9),676,位错,铸造多晶硅中的位错与热应力密切相