晶硅太陽(yáng)能電池光致衰減問(wèn)題討論

1、本文由floljf貢獻(xiàn) ppt文檔可能在WAP端瀏覽體驗(yàn)不佳。建議您優(yōu)先選擇TXT，或下載源文件到本機(jī)查看。 光伏組件輸出功率光致衰減問(wèn)題的討論 張光春 陳如龍 孫世龍 李劍 蔣仙 溫建軍 高瑞 施正榮 無(wú)錫尚德太陽(yáng)能電力有限公司 報(bào)告內(nèi)容提要 引言 （一）P型(摻硼晶體硅太陽(yáng)電池初始光致衰減機(jī)理 摻硼 （二）P型(摻硼晶體硅片少子壽命及太陽(yáng)電池光致衰減試驗(yàn) 摻硼晶體硅片少子壽命及太陽(yáng)電池光致衰減試驗(yàn) （三）光伏組件的初始光致衰減試驗(yàn) （四）光伏組件輸出功率初始衰減問(wèn)題的解決方案 2 引言 光伏組件輸出功率的衰減可分為兩個(gè)階段： 光伏組件輸出功率的衰減可分為兩個(gè)階段： 第一個(gè)階段，我們可以把它

2、稱作初始的光致衰減， 第一個(gè)階段 即光伏組件的輸出功率在剛開(kāi)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P型（摻硼）晶體硅片 中的硼氧復(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， 第二個(gè)階段 即在長(zhǎng)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)。 3 引言 為什么光致衰減現(xiàn)象又被關(guān)注： P型(摻硼的太陽(yáng)電池的光致衰減現(xiàn)象是在七十年 代發(fā)現(xiàn)的，為什么近期光伏產(chǎn)業(yè)界和研究機(jī)構(gòu)又 對(duì)此產(chǎn)生了較大的關(guān)注呢？其主要原因是由于光 致衰減導(dǎo)致的一些光伏組件的功率下降幅度遠(yuǎn) 遠(yuǎn)超出了客戶所能接受

3、的范圍，這就使組件制造 商面臨著潛在的賠償風(fēng)險(xiǎn)。 4 引言 導(dǎo)致光伏組件功率出現(xiàn)早期下降的主要原因有： （一）硅片質(zhì)量差，導(dǎo)致電池出現(xiàn)較大幅度的初始光致 5 衰減； （二）組件制造工藝不合理，出現(xiàn)諸如電池片隱裂、 EVA交聯(lián)度不好、脫層、焊接不良等質(zhì)量問(wèn)題 （三）些組件制造商功率測(cè)試不準(zhǔn)確或有意在輸出功 率上虛報(bào)。 一. P型(摻硼晶體硅太陽(yáng)電池初始光致衰減機(jī)理 30多年前，H. Fischer and W. Pschunder 等人首次觀察到P型（摻硼）晶 體硅太陽(yáng)電池的初始光致衰減現(xiàn)象 6 一. P型(摻硼晶體硅太陽(yáng)電池初始光致衰減機(jī)理 大家基本一致的看法是： 大家基本一致的看法是： 光照

4、或電流注入導(dǎo)致硅片中的硼和氧形成硼氧復(fù)合體，從而使少子壽命降 低，引起電池轉(zhuǎn)換效率下降，但經(jīng)過(guò)退火處理，少子壽命又可被恢復(fù)，其 可能的反應(yīng)為： 7 光照或電流注入 Bs Bs2Oi 少子壽命高） （少子壽命高） 退火處理 BsO2i 少子壽命低） （少子壽命低） 一. P型(摻硼晶體硅太陽(yáng)電池初始光致衰 減機(jī)理 8 據(jù)文獻(xiàn)中報(bào)道： 據(jù)文獻(xiàn)中報(bào)道 （一）含有硼和氧的硅片經(jīng)過(guò)光照后出現(xiàn)不同程度的 衰減（如圖2、圖3、圖4所示）。硅片中的硼、氧 含量越大，在光照或電流注入條件下產(chǎn)生的硼氧 復(fù)合體越多，少子壽命降低的幅度就越大。 (二）在低氧、摻鎵、摻磷的硅片中少子壽命隨光照 時(shí)間的衰減幅度極小。 一

5、. P型(摻硼晶體硅太陽(yáng)電池初始光致衰減機(jī)理 9 圖2 低氧摻硼、有氧摻磷、有氧摻硼的Fz硅片 和有氧摻硼Cz硅片少子壽命衰減隨光照時(shí)間的關(guān)系(2 一. P型(摻硼晶體硅太陽(yáng)電池初始光致衰減機(jī)理 10 圖3 摻硼、摻鎵、摻磷的Cz硅片和硼摻雜的MCZ硅光照前后少數(shù)載流子壽命的變化(3 一. P型(摻硼晶體硅太陽(yáng)電池初始光致衰減機(jī)理 11 圖4 不同硼摻雜濃度硅片的少子壽命隨時(shí)間的變化關(guān)系(4 摻硼晶體硅片少子壽命及太陽(yáng)電池光致衰減試驗(yàn) 二. P型(摻硼晶體硅片少子壽命及太陽(yáng)電池光致衰減試驗(yàn) (一）P型（摻硼）單/多晶硅片少子壽命的光致衰減試驗(yàn) 原始硅片的光致衰減試驗(yàn) 硅片不做任何處理，測(cè)試光照

6、前和光照后的少子壽命。 12 試驗(yàn)結(jié)論： 從圖5可以看出，單/多晶 裸硅片若不經(jīng)過(guò)清洗鈍化， 其少子壽命幾乎隨著光照 時(shí)間變化不大，這是因?yàn)?硅片表面復(fù)合中心占主導(dǎo) 地位，掩蓋了光照對(duì)體少 子壽命的影響，因此對(duì)不 經(jīng)過(guò)清洗、鈍化的裸硅片， 無(wú)法確定少子壽命與光照 時(shí)間的對(duì)應(yīng)關(guān)系，也就無(wú) 法判斷硅片的質(zhì)量 單晶裸硅片的少子壽命隨時(shí)間的衰減圖 1.2 多晶裸硅片的少子壽命隨時(shí)間的衰減圖 1.2 1.0 1.0 0.8 0.8 少子壽命 us 少子壽命 us 0.6 0.6 M1 0.4 M2 M3 0.4 M1 M2 M3 0.2 0.2 0.0 0.0 0 10 min 30 min 1h 時(shí)間

7、 H 2h 3h 4h 0 10 min 30 min 1h 時(shí)間 H 2h 3h 4h 圖5 未經(jīng)清洗、鈍化的單/多晶裸硅片少子壽命隨時(shí)間的變化關(guān)系 摻硼晶體硅片少子壽命及太陽(yáng)電池光致衰減試驗(yàn) 二. P型(摻硼晶體硅片少子壽命及太陽(yáng)電池光致衰減試驗(yàn) 13 表面鈍化硅片的光致衰減試驗(yàn) 去除硅片損傷層硅片清潔+硅片表面鈍化（碘酒），測(cè)試光照前和光照后的少子壽命。 試驗(yàn)結(jié)論： 試驗(yàn)結(jié)論： 140 鈍化后單晶硅片少子壽命和光照時(shí)間的關(guān)系 40 鈍化后多晶硅片少子壽命衰減和時(shí)間的關(guān)系 樣品1 樣品1 35 鈍化后硅片的表面復(fù)合已不 占主要地位， 占主要地位，而以體內(nèi)復(fù)合 為主， 為主，且硅片的體少子壽

8、命 隨光照而衰減。 隨光照而衰減。不同質(zhì)量的 材 料在光照之后其少子壽命 衰減幅度有較大差別， 衰減幅度有較大差別，由此 基本可以預(yù)測(cè)出用此硅片制 作的電池的初始光致衰減的 程度以及可達(dá)到的最高電池 轉(zhuǎn)換效率。 轉(zhuǎn)換效率。 120 樣品2 100 樣品2 樣品3 樣品3 少子壽命 us 0 10 min 30 min 時(shí)間 1h 2h 3h 4h 6h 30 少子壽命 us 25 80 20 60 15 40 10 20 5 0 0 0 10 min 30 min 1h 時(shí)間 2h 3h 4h 6h 圖6 清洗、鈍化后單/多晶硅片少子壽命和光照時(shí)間的關(guān)系 摻硼晶體硅片少子壽命及太陽(yáng)電池光致衰減

9、試驗(yàn) 二. P型(摻硼晶體硅片少子壽命及太陽(yáng)電池光致衰減試驗(yàn) 表面鈍化硅片的光致衰減及退火恢復(fù)試驗(yàn) 將這些光照衰減后的硅片進(jìn)行退火處理，硅片的壽命得到很大程度的恢復(fù)。 這和文獻(xiàn)中的報(bào)道是一致的，如圖7所示。 單晶硅片光照少子壽命恢復(fù) 14 40 35 30 少子壽命（us） 25 20 15 10 5 0 光照前 光照后 硅片1 硅片2 硅片3 退火后 圖7 單晶硅片少子壽命經(jīng)過(guò)退火后恢復(fù) 摻硼晶體硅片少子壽命及太陽(yáng)電池光致衰減試驗(yàn) 二. P型(摻硼晶體硅片少子壽命及太陽(yáng)電池光致衰減試驗(yàn) 15 （二）P型（摻硼）單/多晶硅太陽(yáng)電池的初始光致衰減試驗(yàn) 未封裝的單晶硅單體太陽(yáng)電池的初始光致衰減試驗(yàn)

10、 單 晶 電 池 片 光 照 前 后 I V曲 線 6 單晶電池片光照前后電池I-V曲線 6 5 5 4 4 電流 I 電流 I 3 2 1 0 0 0.2 0.4 電壓 V 0.6 0.8 光照前 光照后 3 光照前 2 1 0 0 0.2 0.4 電壓 V 0.6 0.8 光照后 圖10 單晶（相對(duì)衰減0.8%）電池I-V曲線 圖8 單晶電池（相對(duì)衰減5.7%）I-V曲線 摻硼晶體硅片少子壽命及太陽(yáng)電池光致衰減試驗(yàn) 二. P型(摻硼晶體硅片少子壽命及太陽(yáng)電池光致衰減試驗(yàn) 未封裝的多晶硅單體太陽(yáng)電池的初始光致衰減試驗(yàn) 多晶電池片光照前后I-V曲線 6 多晶電池片光照前后I-V曲線 16 6

11、5 5 4 電流 I 4 電流 I 3 2 1 0 0 0.2 0.4 電壓 V 0.6 0.8 光照前 光照后 光照前 3 2 1 0 0 0.2 0.4 電壓 V 0.6 0.8 光照后 圖11 多晶（相對(duì)衰減0.2%）的電池I-V曲線 圖9 多晶電池（相對(duì)衰減3.64%） 的I-V曲線 摻硼晶體硅片少子壽命及太陽(yáng)電池光致衰減試驗(yàn) 二. P型(摻硼晶體硅片少子壽命及太陽(yáng)電池光致衰減試驗(yàn) 光照前后電池片的量子效率對(duì)比 光照后，長(zhǎng)波響應(yīng)變差，這表明光照后電池片體內(nèi)的少子壽命已發(fā)生了衰 減。 光照前后電池片的量子效率對(duì)比 1.0 0.9 0.8 0.7 IQE & EQE 0.6 0.5

12、 0.4 0.3 0.2 0.1 0.0 300 400 500 600 700 波長(zhǎng) (nm 800 900 1000 1100 衰減前EQE 衰減前IQE 衰減后EQE 衰減后IQE 17 摻硼晶體硅片少子壽命及太陽(yáng)電池光致衰減試驗(yàn) 二. P型(摻硼晶體硅片少子壽命及太陽(yáng)電池光致衰減試驗(yàn) 電池片光照后的退火處理 選取不同衰減程度的電池片進(jìn)行退火處理，效率也得到很大程度的恢復(fù)， 這和文獻(xiàn)中的報(bào)道一致。 單晶電池片效率衰減恢復(fù)圖 17.0 16.5 16.0 電池效率（%） 15.5 15.0 14.5 14.0 13.5 光照前 光照后 退火后 樣品1 樣品2 樣品3 18 當(dāng)前硅片質(zhì)量的狀

13、況： 主流電池片的相對(duì)衰減：?jiǎn)尉щ姵仄怀^(guò) 主流電池片的相對(duì)衰減： 1%，多晶電池片不超過(guò)0.5% 0.5%。 1%，多晶電池片不超過(guò)0.5%。 某些質(zhì)量很差的硅片做成電池后， 某些質(zhì)量很差的硅片做成電池后，其相對(duì)衰 減接近 單晶） 4%（多晶）， ），這些衰 減接近%（單晶）和4%（多晶），這些衰 減大的電池片是需要我們關(guān)注的。 減大的電池片是需要我們關(guān)注的。 個(gè)別質(zhì)量特別差的硅片做成電池后， 3. 個(gè)別質(zhì)量特別差的硅片做成電池后，其相對(duì)衰減 超過(guò) % 單晶）， ），對(duì)這種特別 超過(guò)%（單晶），對(duì)這種特別 差的材料進(jìn) 行理化分析，發(fā)現(xiàn)其中的硼、 行理化分析，發(fā)現(xiàn)其中的硼、磷 等雜質(zhì)含量 都

14、是嚴(yán)重超標(biāo)。 都是嚴(yán)重超標(biāo)。 三光伏組件的初始光致衰減試驗(yàn) 20 光伏組件的核心組成部分就是太陽(yáng)電池，如果太 陽(yáng)電池的性能發(fā)生率減，就必然導(dǎo)致光伏組件的 輸出功率下降，并極易在組件中引起熱斑. ? 若電池串與串之間電流不一致，在接了旁路二極 管的組件特性曲線上可看到“臺(tái)階曲線”。 ? 通過(guò)測(cè)量光照前后組件的輸出特性曲線和紅外成 像分析,可以考察組件的初始光致率減現(xiàn)象 三光伏組件的初始光致衰減試驗(yàn) （一）正常組件的輸出特性曲線及紅外成像 21 圖13 正常組件的IV特性曲線 圖14 正常組件的紅外成像（溫度相差僅1.4） 三光伏組件的初始光致衰減試驗(yàn) （二）組件光照后，輸出特性曲線及紅外成像 a

15、. 如果電池的衰減基本一致，盡管輸出功率下降，但I(xiàn)-V曲線還是正常的，也 無(wú)熱斑出現(xiàn)，其曲線和紅外圖像與正常組件類(lèi)似。 b. 如果電池的衰減不一致，將導(dǎo)致IV曲線出現(xiàn)臺(tái)階，如圖15所示 22 圖15 小臺(tái)階 大臺(tái)階 三光伏組件的初始光致衰減試驗(yàn) c. 有熱斑組件的紅外成像 對(duì)于出現(xiàn)臺(tái)階曲線的組件用紅外成像檢查，可發(fā)現(xiàn)有些組件出現(xiàn)熱斑，如 圖16所示：這種熱斑的溫度與周?chē)姵氐臏囟认嗖钶^大，過(guò)熱的區(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。 23 異常組件的紅外成像，出現(xiàn)熱 斑（溫度相差11.3） 圖16 異常組件的紅外成像，出現(xiàn)熱斑（溫度相差

16、 案例分析 我們對(duì)某硅片供應(yīng)商提供的一批質(zhì)量極差的硅片進(jìn)行了全過(guò)程的跟蹤試驗(yàn)， 將轉(zhuǎn)換效率為16.%的電池片，經(jīng)弱光光照1.5小時(shí)后(光源為節(jié)能燈11W X 40只，發(fā)現(xiàn)電池片轉(zhuǎn)換效率大幅衰減，且離散性也很大，效率最高的為 15.4%，最低的僅為13%，如圖17所示。 360 330 300 270 240 210 180 150 120 90 60 30 0 329 276 280 279 24 數(shù)量 180 196 122 99 61 47 53 44 7 15.4 15.2 15 14.8 14.6 14.4 14.2 14 轉(zhuǎn)換效率 13.8 13.6 13.4 13.2 13 圖17

17、 質(zhì)量極差的硅片做成的電池片，弱光光照后效率分布圖 案例分析 將光照后的電池重新檢測(cè)分檔，按轉(zhuǎn)換效率的分布情況做成14塊組件，組 件經(jīng)太陽(yáng)光光照后的功率又進(jìn)一步下降，如圖18所示： 25 結(jié)論； 結(jié)論； 光照強(qiáng)度影響組件功率的衰減 幅度 幅度 盡管普通的節(jié)能燈沒(méi)有使該電 池片衰減到穩(wěn)定的程度， 池片衰減到穩(wěn)定的程度，但是通過(guò)光 照后二次分選剔出了效率衰減大的電 池片， 池片，使每個(gè)組件內(nèi)電池片性能基本 一致。對(duì)這類(lèi)電池， 一致。對(duì)這類(lèi)電池，如果不經(jīng)過(guò)光照 和二次分選而直接做成組件， 和二次分選而直接做成組件，那些衰 減較為嚴(yán)重的電池片， 減較為嚴(yán)重的電池片，會(huì)分散在各個(gè) 組件內(nèi)， 組件內(nèi)，導(dǎo)致

18、組件的整體功率下降更 并將引起組件曲線異常和熱斑。 多，并將引起組件曲線異常和熱斑。 這批電池轉(zhuǎn)換效率衰減幅度在 10%到24%之間 之間! 10%到24%之間! 165 160 155 151.38 155.10 153.29 150.08 148.13 145.62 145.93 147.95 149.29 151.37 151.55 158.71 157.17 153.26 152.95 160.07 155.00 155.71 162.01 原始測(cè)試數(shù)據(jù) 日照1天后數(shù)據(jù) 日照2天后數(shù)據(jù) 功 率 (W 150 143.78 144.54 145 140 135 130 14.2% 14.

19、4% 14.6% 14.8% 轉(zhuǎn)換效率 15.0% 15.2% 15.4% 四光伏組件輸出功率初始衰減的解決方案 26 太陽(yáng)電池性能的初始光致衰減現(xiàn)象主要發(fā) 生在單晶硅太陽(yáng)電池上，對(duì)于多晶硅太陽(yáng) 電池來(lái)講,其轉(zhuǎn)換效率的初始光致衰減幅度 就很小。由此可見(jiàn)硅片自身的性質(zhì)決定了 太陽(yáng)電池性能的初始光致衰減程度。因此 要解決光伏組件的初始光致衰減問(wèn)題，就 必須從解決硅片問(wèn)題入手，下面就幾個(gè)方 案進(jìn)行討論。 四光伏組件輸出功率初始衰減的解決方案 27 （一）改進(jìn)摻硼P型直拉單晶硅棒的質(zhì)量 在國(guó)內(nèi)，摻硼P型直拉單晶是目前硅棒市場(chǎng)的主流產(chǎn)品，單晶棒的質(zhì)量確實(shí)令人擔(dān) 憂 ，單晶棒制造商必須認(rèn)真對(duì)待這個(gè)問(wèn)題其實(shí)

20、直拉單晶工藝是很成熟的，只要 我們把好用料質(zhì)量關(guān)，按正規(guī) 拉棒工藝生產(chǎn)，硅棒的質(zhì)量是可以得到較好控制的。 建議如下： 避免使用低質(zhì)量的多晶硅料 嚴(yán)格控制摻入過(guò)多低電阻率N型硅料，如IC的廢N型硅片等,避免生產(chǎn)高補(bǔ)償?shù)?P型單晶棒, 這種硅棒，盡管電阻率合適，但硼氧濃度非常高，將導(dǎo)致太陽(yáng)電池 性能出現(xiàn)較大幅度的初始光致衰減 提高拉棒工藝，減少晶體硅中氧含量,降低內(nèi)應(yīng)力,降低缺陷密度,改進(jìn)電阻率 的均勻性。 四光伏組件輸出功率初始衰減的解決方案 28 （二）利用磁控直拉硅單晶工藝（MCZ）改進(jìn)單晶硅 棒產(chǎn)品質(zhì)量 此工藝不僅能控制單晶硅中的氧濃度，也使硅單 晶縱向、徑向電阻率均勻性得到改善，這種工藝

21、 已在國(guó)內(nèi)部分拉棒公司開(kāi)始試用。 四光伏組件輸出功率初始衰減的解決方案 29 （三）利用區(qū)熔單晶硅工藝（FZ）改進(jìn)單晶硅棒產(chǎn) 利用區(qū)熔單晶硅工藝（FZ） 區(qū)熔單晶硅工藝 品質(zhì)量 區(qū)熔單晶硅工藝避免了直拉工藝中大量氧進(jìn)入硅 晶體的固有缺陷，從而徹底解決了P型（摻硼）太 陽(yáng)電池的初始光致衰減現(xiàn)象。因FZ工藝成本較高， 主要用于IC和其它半導(dǎo)體器件的硅片制造，但目 前已有公司對(duì)FZ工藝進(jìn)行相關(guān)改造，降低了成本， 可適合于太陽(yáng)電池硅片的制造。國(guó)內(nèi)有技術(shù)實(shí)力 的拉棒公司已開(kāi)展了這方面的試制工作. 四光伏組件輸出功率初始衰減的解決方案 30 （四）改變摻雜劑，用鎵代替硼 改變摻雜劑， 用摻鎵的硅片制作的電

22、池，沒(méi)有發(fā)現(xiàn)太陽(yáng)電池的 初始光致衰減現(xiàn)象，（見(jiàn)圖），因此改摻硼為 摻鎵，也是解決太陽(yáng)電池初始光致衰減的辦法之 一，國(guó)內(nèi)技術(shù)力量強(qiáng)的企業(yè)已在開(kāi)始做這方面的 工作。 四光伏組件輸出功率初始衰減的解決方案 31 （五）使用摻磷的N型硅片代替摻硼的P型硅片 使用摻磷的N型硅片代替摻硼的P 使用N型硅片也是解決電池初試光致衰減問(wèn)題的方 法之一,但從目前產(chǎn)業(yè)化的絲網(wǎng)印刷P型電池工藝 來(lái)看,N型電池在轉(zhuǎn)換效率和制造成本上還沒(méi)有優(yōu) 勢(shì),一些關(guān)鍵工藝還有待解決. 四光伏組件輸出功率初始衰減的解決方案 32 （六）提高硅片的加工水平，改進(jìn)硅片性能的一致性 提高硅片的加工水平，改進(jìn)硅片性能的一致性 硅片質(zhì)量的改進(jìn)主

23、要是提高少子壽命，上面討論的方 案就是主要涉及少子壽命的改進(jìn)，除此之外，還有一 些因素影響硅片的質(zhì)量，如電阻率的均勻性，TV， TTV，幾何尺寸，內(nèi)應(yīng)力，表面清潔度,鋸痕等。建議 硅片制造公司使用硅片分選機(jī)，將不同的硅片分類(lèi)， 向客戶提供性能質(zhì)量一致的產(chǎn)品。 四光伏組件輸出功率初始衰減的解決方案 （七）從電池效 率分布看硅片性能的一致性 太陽(yáng)電池制造商不可能在來(lái)料抽檢過(guò)程中發(fā)現(xiàn)硅片的全部質(zhì)量問(wèn)題，但可 以通過(guò)對(duì)每批電池效率的統(tǒng)計(jì)分析考察每批硅片質(zhì)量的一致性程度。 33 圖19 電池效率分布,分布不對(duì)稱,低檔電池比例大 圖20 電池效率分布,出現(xiàn)兩個(gè)峰值 四光伏組件輸出功率初始衰減的解決方案 3

24、4 （八）加強(qiáng)硅片質(zhì)量的監(jiān)督 在目前，太陽(yáng)能級(jí)硅片的質(zhì)量幾乎處于無(wú)人監(jiān)管 的狀態(tài)，好壞由客戶自己評(píng)價(jià)。我們建議國(guó)家盡 快制定出相關(guān)產(chǎn)品標(biāo)準(zhǔn)，建立質(zhì)量監(jiān)督機(jī)制，使 我國(guó)的硅片加工產(chǎn)業(yè)健康持續(xù)發(fā)展。 四光伏組件輸出功率初始衰減的解決方案 35 (九 對(duì)電池片進(jìn)行先前光照衰減 ? 由于光伏組件的初始光致衰減是由電池的初始光致衰減導(dǎo) 致的,對(duì)電池片進(jìn)行先前的光照,使電池的初始光致衰減發(fā) 生在組件制造之前，光伏組件的初始光致衰減就非常小了, 完全可以控制在測(cè)量誤差之內(nèi)。同時(shí)也大幅度地減少了光 伏組件出現(xiàn)熱斑的幾率, 提高了光伏組件的輸出穩(wěn)定性， 為我們的用戶帶來(lái)更多的效益。 ? 盡管先前光照衰減是一種亡

25、羊補(bǔ)牢的方法，但在硅片質(zhì)量 沒(méi)有得到有效的改善之前，使用此方法是解決光伏組件初 始光致衰減問(wèn)題有效措施。在尚德公司， 先前光照衰減 的試驗(yàn)工作已完成，規(guī)?；墓庹账p設(shè)備將陸續(xù)到位用 于生產(chǎn)。 36 請(qǐng)產(chǎn)業(yè)鏈上的每位同仁高度重視 自己的產(chǎn)品質(zhì)量，只有大家齊心 協(xié)力，才能使光伏產(chǎn)業(yè)健康持續(xù) 穩(wěn)定地發(fā)展 質(zhì)量是企業(yè)的生命，他掌握在你 自己的手中！ THANK YOU 謝謝 1本文由floljf貢獻(xiàn) ppt文檔可能在WAP端瀏覽體驗(yàn)不佳。建議您優(yōu)先選擇TXT，或下載源文件到本機(jī)查看。 光伏組件輸出功率光致衰減問(wèn)題的討論 張光春 陳如龍 孫世龍 李劍 蔣仙 溫建軍 高瑞 施正榮 無(wú)錫尚德太陽(yáng)能電力有限

26、公司 報(bào)告內(nèi)容提要 引言 （一）P型(摻硼晶體硅太陽(yáng)電池初始光致衰減機(jī)理 摻硼 （二）P型(摻硼晶體硅片少子壽命及太陽(yáng)電池光致衰減試驗(yàn) 摻硼晶體硅片少子壽命及太陽(yáng)電池光致衰減試驗(yàn) （三）光伏組件的初始光致衰減試驗(yàn) （四）光伏組件輸出功率初始衰減問(wèn)題的解決方案 2 引言 光伏組件輸出功率的衰減可分為兩個(gè)階段： 光伏組件輸出功率的衰減可分為兩個(gè)階段： 第一個(gè)階段，我們可以把它稱作初始的光致衰減， 第一個(gè)階段 即光伏組件的輸出功率在剛開(kāi)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P型（摻硼）晶體硅片 中的硼氧復(fù)合體降低了少子壽命。 第二個(gè)階段，我們可以把它稱

27、 作組件的老化衰減， 第二個(gè)階段 即在長(zhǎng)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)。 3 引言 為什么光致衰減現(xiàn)象又被關(guān)注： P型(摻硼的太陽(yáng)電池的光致衰減現(xiàn)象是在七十年 代發(fā)現(xiàn)的，為什么近期光伏產(chǎn)業(yè)界和研究機(jī)構(gòu)又 對(duì)此產(chǎn)生了較大的關(guān)注呢？其主要原因是由于光 致衰減導(dǎo)致的一些光伏組件的功率下降幅度遠(yuǎn) 遠(yuǎn)超出了客戶所能接受的范圍，這就使組件制造 商面臨著潛在的賠償風(fēng)險(xiǎn)。 4 引言 導(dǎo)致光伏組件功率出現(xiàn)早期下降的主要原因有： （一）硅片質(zhì)量差，導(dǎo)致電池出現(xiàn)較大幅度的初始光致 5 衰減； （二）組件制造工藝不合理，出現(xiàn)諸如電池片隱裂、 EVA交聯(lián)

28、度不好、脫層、焊接不良等質(zhì)量問(wèn)題 （三）些組件制造商功率測(cè)試不準(zhǔn)確或有意在輸出功 率上虛報(bào)。 一. P型(摻硼晶體硅太陽(yáng)電池初始光致衰減機(jī)理 30多年前，H. Fischer and W. Pschunder 等人首次觀察到P型（摻硼）晶 體硅太陽(yáng)電池的初始光致衰減現(xiàn)象 6 一. P型(摻硼晶體硅太陽(yáng)電池初始光致衰減機(jī)理 大家基本一致的看法是： 大家基本一致的看法是： 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，從而使少子壽命降 低，引起電池轉(zhuǎn)換效率下降，但經(jīng)過(guò)退火處理，少子壽命又可被恢復(fù)，其 可能的反應(yīng)為： 7 光照或電流注入 Bs Bs2Oi 少子壽命高） （少子壽命高） 退火處理 B

29、sO2i 少子壽命低） （少子壽命低） 一. P型(摻硼晶體硅太陽(yáng)電池初始光致衰減機(jī)理 8 據(jù)文獻(xiàn)中報(bào)道： 據(jù)文獻(xiàn)中報(bào)道 （一）含有硼和氧的硅片經(jīng)過(guò)光照后出現(xiàn)不同程度的 衰減（如圖2、圖3、圖4所示）。硅片中的硼、氧 含量越大，在光照或電流注入條件下產(chǎn)生的硼氧 復(fù)合體越多，少子壽命降低的幅度就越大。 (二）在低氧、摻鎵、摻磷的硅片中少子壽命隨光照 時(shí)間的衰減幅度極小。 一. P型(摻硼晶體硅太陽(yáng)電池初始光致衰減機(jī)理 9 圖2 低氧摻硼、有氧摻磷、有氧摻硼的Fz硅片 和有氧摻硼Cz硅片少子壽命衰減隨光照時(shí)間的關(guān)系(2 一. P型(摻硼晶體硅太陽(yáng)電池初始光致衰減機(jī)理 10 圖3 摻硼、摻鎵、摻磷的

30、Cz硅片和硼摻雜的MCZ硅光照前后少數(shù)載流子壽命的變化(3 一. P型(摻硼晶體硅太陽(yáng)電池初始光致衰減機(jī)理 11 圖4 不同硼摻雜濃度硅片的少子壽命隨時(shí)間的變化關(guān)系(4 摻硼晶體硅片少子壽命及太陽(yáng)電池光致衰減試驗(yàn) 二. P型(摻硼晶體硅片少子壽命及太陽(yáng)電池光致衰減試驗(yàn) (一）P型（摻硼）單/多晶硅片少子壽命的光致衰減試 驗(yàn) 原始硅片的光致衰減試驗(yàn) 硅片不做任何處理，測(cè)試光照前和光照后的少子壽命。 12 試驗(yàn)結(jié)論： 從圖5可以看出，單/多晶 裸硅片若不經(jīng)過(guò)清洗鈍化， 其少子壽命幾乎隨著光照 時(shí)間變化不大，這是因?yàn)?硅片表面復(fù)合中心占主導(dǎo) 地位，掩蓋了光照對(duì)體少 子壽命的影響，因此對(duì)不 經(jīng)過(guò)清洗、

31、鈍化的裸硅片， 無(wú)法確定少子壽命與光照 時(shí)間的對(duì)應(yīng)關(guān)系，也就無(wú) 法判斷硅片的質(zhì)量 單晶裸硅片的少子壽命隨時(shí)間的衰減圖 1.2 多晶裸硅片的少子壽命隨時(shí)間的衰減圖 1.2 1.0 1.0 0.8 0.8 少子壽命 us 少子壽命 us 0.6 0.6 M1 0.4 M2 M3 0.4 M1 M2 M3 0.2 0.2 0.0 0.0 0 10 min 30 min 1h 時(shí)間 H 2h 3h 4h 0 10 min 30 min 1h 時(shí)間 H 2h 3h 4h 圖5 未經(jīng)清洗、鈍化的單/多晶裸硅片少子壽命隨時(shí)間的變化關(guān)系 摻硼晶體硅片少子壽命及太陽(yáng)電池光致衰減試驗(yàn) 二. P型(摻硼晶體硅片少子

32、壽命及太陽(yáng)電池光致衰減試驗(yàn) 13 表面鈍化硅片的光致衰減試驗(yàn) 去除硅片損傷層硅片清潔+硅片表面鈍化（碘酒），測(cè)試光照前和光照后的少子壽命。 試驗(yàn)結(jié)論： 試驗(yàn)結(jié)論： 140 鈍化后單晶硅片少子壽命和光照時(shí)間的關(guān)系 40 鈍化后多晶硅片少子壽命衰減和時(shí)間的關(guān)系 樣品1 樣品1 35 鈍化后硅片的表面復(fù)合已不 占主要地位， 占主要地位，而以體內(nèi)復(fù)合 為主， 為主，且硅片的體少子壽命 隨光照而衰減。 隨光照而衰減。不同質(zhì)量的 材料在光照之后其少子壽命 衰減幅度有較大差別， 衰減幅度有較大差別，由此 基本可以預(yù)測(cè)出用此硅片制 作的電池的初始光致衰減的 程度以及可達(dá)到的最高電池 轉(zhuǎn)換效率。 轉(zhuǎn)換效率。 1

33、20 樣品2 100 樣品2 樣品3 樣品3 少子壽命 us 0 10 min 30 min 時(shí)間 1h 2h 3h 4h 6h 30 少子壽命 us 25 80 20 60 15 40 10 20 5 0 0 0 10 min 30 min 1h 時(shí)間 2h 3h 4h 6h 圖6 清洗、鈍化后單/多晶硅片少子壽命和光照時(shí)間的關(guān)系 摻硼晶體硅片少子壽命及太陽(yáng)電池光致衰減試驗(yàn) 二. P型(摻硼晶體硅片少子壽命及太陽(yáng)電池光致衰減試驗(yàn) 表面鈍化硅片的光致衰減及退火恢復(fù)試驗(yàn) 將這些光照衰減后的硅片進(jìn)行退火處理，硅片的壽命得到很大程度的恢復(fù)。 這和文獻(xiàn)中的報(bào)道是一致的，如圖7所示。 單晶硅片光照少子壽

34、命恢復(fù) 14 40 35 30 少子壽命（us） 25 20 15 10 5 0 光照前 光照后 硅片1 硅片2 硅片3 退火后 圖7 單晶硅片少子壽命經(jīng)過(guò)退火后恢復(fù) 摻硼晶體硅片少 子壽命及太陽(yáng)電池光致衰減試驗(yàn) 二. P型(摻硼晶體硅片少子壽命及太陽(yáng)電池光致衰減試驗(yàn) 15 （二）P型（摻硼）單/多晶硅太陽(yáng)電池的初始光致衰減試驗(yàn) 未封裝的單晶硅單體太陽(yáng)電池的初始光致衰減試驗(yàn) 單 晶 電 池 片 光 照 前 后 I V曲 線 6 單晶電池片光照前后電池I-V曲線 6 5 5 4 4 電流 I 電流 I 3 2 1 0 0 0.2 0.4 電壓 V 0.6 0.8 光照前 光照后 3 光照前 2

35、1 0 0 0.2 0.4 電壓 V 0.6 0.8 光照后 圖10 單晶（相對(duì)衰減0.8%）電池I-V曲線 圖8 單晶電池（相對(duì)衰減5.7%）I-V曲線 摻硼晶體硅片少子壽命及太陽(yáng)電池光致衰減試驗(yàn) 二. P型(摻硼晶體硅片少子壽命及太陽(yáng)電池光致衰減試驗(yàn) 未封裝的多晶硅單體太陽(yáng)電池的初始光致衰減試驗(yàn) 多晶電池片光照前后I-V曲線 6 多晶電池片光照前后I-V曲線 16 6 5 5 4 電流 I 4 電流 I 3 2 1 0 0 0.2 0.4 電壓 V 0.6 0.8 光照前 光照后 光照前 3 2 1 0 0 0.2 0.4 電壓 V 0.6 0.8 光照后 圖11 多晶（相對(duì)衰減0.2%）

36、的電池I-V曲線 圖9 多晶電池（相對(duì)衰減3.64%） 的I-V曲線 摻硼晶體硅片少子壽命及太陽(yáng)電池光致衰減試驗(yàn) 二. P型(摻硼晶體硅片少子壽命及太陽(yáng)電池光致衰減試驗(yàn) 光照前后電池片的量子效率對(duì)比 光照后，長(zhǎng)波響應(yīng)變差，這表明光照后電池片體內(nèi)的少子壽命已發(fā)生了衰 減。 光照前后電池片的量子效率對(duì)比 1.0 0.9 0.8 0.7 IQE & EQE 0.6 0.5 0.4 0.3 0.2 0.1 0.0 300 400 500 600 700 波長(zhǎng) (nm 800 900 1000 1100 衰減前EQE 衰減前IQE 衰減后EQE 衰減后IQE 17 摻硼晶體硅片少子壽命及太陽(yáng)電池

37、光致衰減試驗(yàn) 二. P型(摻硼晶體硅片少子壽命及太陽(yáng)電池光致衰減試驗(yàn) 電池片光照后的退火處理 選取不同衰減程度的電池片進(jìn)行退火處理，效率也得到很大程度的恢復(fù)， 這和文獻(xiàn)中的報(bào)道一致。 單晶電池片效率衰減恢復(fù)圖 17.0 16.5 16.0 電池效率（%） 15.5 15.0 14.5 14.0 13.5 光照前 光照后 退火后 樣品1 樣品2 樣品3 18 當(dāng)前硅片質(zhì)量的狀況： 主流電池片的相對(duì)衰減：?jiǎn)尉щ姵仄怀^(guò) 主流電池片的相對(duì)衰減： 1%，多晶電池片不超過(guò)0.5% 0.5%。 1%，多晶電池片不超過(guò)0.5%。 某些質(zhì)量很差的硅片做成電池后， 某些質(zhì)量很差的硅片做成電池后，其相對(duì)衰 減接

38、近 單晶） 4%（多晶）， ），這些衰 減接近%（單晶）和4%（多晶），這些衰 減大的電池片是需要我們關(guān)注的。 減大的電池片是需要我們關(guān)注的。 個(gè)別質(zhì)量特別差的硅片做成電池后， 3. 個(gè)別質(zhì)量特別差的硅片做成電池后，其相對(duì)衰減 超過(guò) % 單晶）， ），對(duì)這種特 別 超過(guò)%（單晶），對(duì)這種特別 差的材料進(jìn) 行理化分析，發(fā)現(xiàn)其中的硼、 行理化分析，發(fā)現(xiàn)其中的硼、磷 等雜質(zhì)含量 都是嚴(yán)重超標(biāo)。 都是嚴(yán)重超標(biāo)。 三光伏組件的初始光致衰減試驗(yàn) 20 光伏組件的核心組成部分就是太陽(yáng)電池，如果太 陽(yáng)電池的性能發(fā)生率減，就必然導(dǎo)致光伏組件的 輸出功率下降，并極易在組件中引起熱斑. ? 若電池串與串之間電流不一

39、致，在接了旁路二極 管的組件特性曲線上可看到“臺(tái)階曲線”。 ? 通過(guò)測(cè)量光照前后組件的輸出特性曲線和紅外成 像分析,可以考察組件的初始光致率減現(xiàn)象 三光伏組件的初始光致衰減試驗(yàn) （一）正常組件的輸出特性曲線及紅外成像 21 圖13 正常組件的IV特性曲線 圖14 正常組件的紅外成像（溫度相差僅1.4） 三光伏組件的初始光致衰減試驗(yàn) （二）組件光照后，輸出特性曲線及紅外成像 a. 如果電池的衰減基本一致，盡管輸出功率下降，但I(xiàn)-V曲線還是正常的，也 無(wú)熱斑出現(xiàn)，其曲線和紅外圖像與正常組件類(lèi)似。 b. 如果電池的衰減不一致，將導(dǎo)致IV曲線出現(xiàn)臺(tái)階，如圖15所示 22 圖15 小臺(tái)階 大臺(tái)階 三光伏

40、組件的初始光致衰減試驗(yàn) c. 有熱斑組件的紅外成像 對(duì)于出現(xiàn)臺(tái)階曲線的組件用紅外成像檢查，可發(fā)現(xiàn)有些組件出現(xiàn)熱斑，如 圖16所示：這種熱斑的溫度與周?chē)姵氐臏囟认嗖钶^大，過(guò)熱的區(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。 23 異常組件的紅外成像，出現(xiàn)熱斑（溫度相差11.3） 圖16 異常組件的紅外成像，出現(xiàn)熱斑（溫度相差 案例分析 我們對(duì)某硅片供應(yīng)商提供的一批質(zhì)量極差的硅片進(jìn)行了全過(guò)程的跟蹤試驗(yàn)， 將轉(zhuǎn)換效率為16.%的電池片，經(jīng)弱光光照1.5小時(shí)后(光源為節(jié)能燈11W X 40只，發(fā)現(xiàn)電池片轉(zhuǎn)換效率大幅衰減，且離散性也很大，效率最高的為

41、15.4%，最低的僅為13%，如圖17所示。 360 330 300 270 240 210 180 150 120 90 60 30 0 329 276 280 279 24 數(shù)量 180 196 122 99 61 47 53 44 7 15.4 15.2 15 14.8 14.6 14.4 14.2 14 轉(zhuǎn)換效率 13.8 13.6 13.4 13.2 13 圖17 質(zhì)量極差的硅片做成的電池片，弱光光照后效率分布圖 案例分析 將光照后的電池重新檢測(cè)分檔，按轉(zhuǎn)換效率的分布情況做成14塊組件，組 件經(jīng)太陽(yáng)光光照后的功率又進(jìn)一步下降，如圖18所示： 25 結(jié)論； 結(jié)論； 光照強(qiáng)度影響組件功率

42、的衰減 幅度 幅度 盡管普通的節(jié)能燈沒(méi)有使該電 池片衰減到穩(wěn)定的程度， 池片衰減到穩(wěn)定的程度，但是通過(guò)光 照后二次分選剔出了效率衰 減大的電 池片， 池片，使每個(gè)組件內(nèi)電池片性能基本 一致。對(duì)這類(lèi)電池， 一致。對(duì)這類(lèi)電池，如果不經(jīng)過(guò)光照 和二次分選而直接做成組件， 和二次分選而直接做成組件，那些衰 減較為嚴(yán)重的電池片， 減較為嚴(yán)重的電池片，會(huì)分散在各個(gè) 組件內(nèi)， 組件內(nèi)，導(dǎo)致組件的整體功率下降更 并將引起組件曲線異常和熱斑。 多，并將引起組件曲線異常和熱斑。 這批電池轉(zhuǎn)換效率衰減幅度在 10%到24%之間 之間! 10%到24%之間! 165 160 155 151.38 155.10 153

43、.29 150.08 148.13 145.62 145.93 147.95 149.29 151.37 151.55 158.71 157.17 153.26 152.95 160.07 155.00 155.71 162.01 原始測(cè)試數(shù)據(jù) 日照1天后數(shù)據(jù) 日照2天后數(shù)據(jù) 功 率 (W 150 143.78 144.54 145 140 135 130 14.2% 14.4% 14.6% 14.8% 轉(zhuǎn)換效率 15.0% 15.2% 15.4% 四光伏組件輸出功率初始衰減的解決方案 26 太陽(yáng)電池性能的初始光致衰減現(xiàn)象主要發(fā) 生在單晶硅太陽(yáng)電池上，對(duì)于多晶硅太陽(yáng) 電池來(lái)講,其轉(zhuǎn)換效率的初始

44、光致衰減幅度 就很小。由此可見(jiàn)硅片自身的性質(zhì)決定了 太陽(yáng)電池性能的初始光致衰減程度。因此 要解決光伏組件的初始光致衰減問(wèn)題，就 必須從解決硅片問(wèn)題入手，下面就幾個(gè)方 案進(jìn)行討論。 四光伏組件輸出功率初始衰減的解決方案 27 （一）改進(jìn)摻硼P型直拉單晶硅棒的質(zhì)量 在國(guó)內(nèi)，摻硼P型直拉單晶是目前硅棒市場(chǎng)的主流產(chǎn)品，單晶棒的質(zhì)量確實(shí)令人擔(dān) 憂 ，單晶棒制造商必須認(rèn)真對(duì)待這個(gè)問(wèn)題其實(shí)直拉單晶工藝是很成熟的，只要 我們把好用料質(zhì)量關(guān)，按正規(guī)拉棒工藝生產(chǎn)，硅棒的質(zhì)量是可以得到較好控制的。 建議如下： 避免使用低質(zhì)量的多晶硅料 嚴(yán)格控制摻入過(guò)多低電阻率N型硅料，如IC的廢N型硅片等,避免生產(chǎn)高補(bǔ)償?shù)?P型單晶棒, 這種硅棒，盡管電阻率合適，但硼氧濃度非常高，將導(dǎo)致太陽(yáng)電池 性能出現(xiàn)較大幅度的初始光致衰減 提高拉棒工藝，減少晶體硅中氧含量,降低內(nèi)應(yīng)力,降低缺陷密度,改進(jìn)電阻率 的均勻性。 四光伏組件輸出