單晶位錯(cuò)對(duì)電池性能的影響final

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1、單晶位錯(cuò)對(duì)電池性能的影響1.引言單晶硅由于其本身內(nèi)部完整的晶體結(jié)構(gòu)，其電池效率明顯高于多晶硅電池，是硅基高效太陽能電池的首選材料。然而，單晶硅內(nèi)部雜質(zhì)和晶體缺陷的存在會(huì)嚴(yán)重影響太陽能電池的效率，比如：光照條件下B-O復(fù)合體的產(chǎn)生會(huì)導(dǎo)致單晶電池的光致衰減；內(nèi)部金屬雜質(zhì)和晶體缺陷（位錯(cuò)等）的存在會(huì)成為少數(shù)載流子的復(fù)合中心，影響其少子壽命。本文研究了單晶硅片位錯(cuò)對(duì)電池性能的影響，并討論了單晶拉制工藝對(duì)位錯(cuò)的影響。作為少數(shù)載流子的強(qiáng)復(fù)合中心，位錯(cuò)會(huì)嚴(yán)重影響硅片的少子壽命，最終影響電池和組件性能。2.實(shí)驗(yàn)本實(shí)驗(yàn)對(duì)大量低檔電池片及其組件

2、進(jìn)行了研究，現(xiàn)從中選取一塊典型組件和兩片典型電池片舉例說明。實(shí)驗(yàn)過程如下：組件做電致發(fā)光EL（electroluminescence）測(cè)試→光照條件組件電性能測(cè)試。電池做電致發(fā)光EL測(cè)試→光照條件電池電性能測(cè)試→電池光誘導(dǎo)電流密度（LBICCurrent）測(cè)試→硅片少子壽命測(cè)試→化學(xué)拋光腐蝕后觀察位錯(cuò)→SIMS元素分析。3.實(shí)驗(yàn)結(jié)果和分析組件電致發(fā)光EL測(cè)試如下圖1所示。由圖可見，組件的電池片中存在著大量黑心和黑斑的情況。圖1組件EL測(cè)試電致發(fā)光EL測(cè)試使用的是某公司的ElectroluminescenceInspectio

3、n設(shè)備。EL照片中黑心和黑斑反映的是在通電情況下該部分發(fā)出的1150nm紅外光相對(duì)弱，故在EL相片中顯示為黑心和黑斑，發(fā)光現(xiàn)象和硅襯底少數(shù)載流子壽命有關(guān)。由此可見，黑心和黑斑處硅襯底少數(shù)載流子壽命明顯偏低。組件電性能測(cè)試如圖2所示。由圖可見，組件短路電流Isc（4.588A）和最大功率Pmax（143.028W）明顯偏低；此類正常組件短路電流Isc一般為5.2A，最大功率Pmax一般為175W以上。說明組件中存在著大量低效率電池片，導(dǎo)致組件功率的嚴(yán)重下降。圖2光照條件組件電性能測(cè)試而后，我們進(jìn)行了電池片電致發(fā)光EL測(cè)試，如下

4、圖3和4所示。其黑心和黑斑現(xiàn)象如組件EL測(cè)試所見。圖3樣片1EL測(cè)試圖4樣片2EL測(cè)試光照條件電池電性能測(cè)試如表1所示。表1光照條件電池電性能測(cè)試UocIscRsRshFFNCellUrev1Irev1Urev2Irev2樣片10.6134.730.02616.9956.670.1106-100.874-121.041樣片20.5874.620.005104.2176.60.1399-100.131-120.1653兩片電池效率分別為11.06%和13.99%，Isc分別為4.73A和4.62A，均明顯偏低；而此類正常電池片

5、效率一般為17.5%左右，Isc為5.3A左右。電池光誘導(dǎo)電流密度（LBICCurrent）測(cè)試如圖5和6所示。圖5樣片1LBICCurrent測(cè)試圖6樣片2LBICCurrent測(cè)試然后，電池經(jīng)過去SiN膜、去正反電極、去鋁背場(chǎng)和n型層，再經(jīng)碘酒鈍化后，硅片少子壽命測(cè)試如圖7和8所示。圖7樣片1少子壽命測(cè)試圖8樣片2少子壽命測(cè)試硅片少子壽命測(cè)試與電池光誘導(dǎo)電流密度（LBICCurrent）測(cè)試和電池EL測(cè)試具有很好的對(duì)應(yīng)關(guān)系，說明造成電池效率低的原因?yàn)楣杵旧韮?nèi)部缺陷所致，與電池工藝沒有直接關(guān)系。而后，對(duì)硅片進(jìn)行化學(xué)拋光和

6、Wright液腐蝕，樣片2呈現(xiàn)出明顯的與EL測(cè)試、電流密度（LBICCurrent）測(cè)試和少子壽命測(cè)試相對(duì)應(yīng)的圖案形貌，如圖9所示。黑心外黑心內(nèi)圖9樣片2經(jīng)化學(xué)腐蝕后圖案形貌樣片1的光學(xué)顯微觀察如圖10和11所示，局部區(qū)域具有很高的位錯(cuò)密度達(dá)10E5~10E6左右。樣片2的光學(xué)顯微觀察如圖12和13所示，在如圖9所示的中心圓形圖案形貌內(nèi)，其位錯(cuò)密度均高達(dá)10E6~10E7左右。圖10樣片1位錯(cuò)密度10E5~10E6（×500倍）圖11樣片1位錯(cuò)密度10E5~10E6（×500倍）圖12樣片2位錯(cuò)密度10E6~10E7（×20

7、0倍）圖13樣片2位錯(cuò)密度10E6~10E7（×500倍）最后，我們對(duì)如圖9中，樣片2所示的黑心內(nèi)外做SIMS測(cè)試，測(cè)試結(jié)果如表2所示。SIMS測(cè)試結(jié)果顯示，黑心內(nèi)外各種雜質(zhì)含量正常。表2樣片2SIMS測(cè)試Concentration(at/cm3)樣片2BPCOAlCrMnFeNi黑心內(nèi)1.30E+16<2E14<1e161.06E+18<7E13<5E12<1E13<1E13<1E14黑心外1.31E+16<2e14<1e161.02E+18<7E13<5E12<1E13<1E13<1E14綜上所述，正是由于硅片中存在著極

8、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)致電池性能的嚴(yán)重下降。而與電池工藝和材料內(nèi)部雜質(zhì)無直接關(guān)系。4.拉晶工藝對(duì)單晶位錯(cuò)的影響4.1引頸對(duì)單晶位錯(cuò)的影響由于籽晶和硅熔液接觸時(shí)的熱應(yīng)力，會(huì)使籽晶產(chǎn)生位錯(cuò)，這些位錯(cuò)必須利用引頸生長(zhǎng)使之消失。引頸是將籽晶快速往上提升，使長(zhǎng)出的晶體直徑縮