晶硅太陽能電池光致衰減問題討論

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

2、稱作初始的光致衰減， 第一個階段 即光伏組件的輸出功率在剛開始使用的最初幾天 內發(fā)生較大幅度的下降，但隨后趨于穩(wěn)定。導致 這一現(xiàn)象發(fā)生的主要原因是P型（摻硼）晶體硅片 中的硼氧復合體降低了少子壽命。 第二個階段，我們可以把它稱作組件的老化衰減， 第二個階段 即在長期使用中出現(xiàn)的極緩慢的功率下降，產生 的主要原因與電池緩慢衰減有關，也與封裝材料 的性能退化有關。 3 引言 為什么光致衰減現(xiàn)象又被關注： P型(摻硼的太陽電池的光致衰減現(xiàn)象是在七十年 代發(fā)現(xiàn)的，為什么近期光伏產業(yè)界和研究機構又 對此產生了較大的關注呢？其主要原因是由于光 致衰減導致的一些光伏組件的功率下降幅度遠 遠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險。 4 引言 導致光伏組件功率出現(xiàn)早期下降的主要原因有： （一）硅片質量差，導致電池出現(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、焊接不良等質量問題 （三）些組件制造商功率測試不準確或有意在輸出功 率上虛報。 一. P型(摻硼晶體硅太陽電池初始光致衰減機理 30多年前，H. Fischer and W. Pschunder 等人首次觀察到P型（摻硼）晶 體硅太陽電池的初始光致衰減現(xiàn)象 6 一. P型(摻硼晶體硅太陽電池初始光致衰減機理 大家基本一致的看法是： 大家基本一致的看法是： 光照

4、或電流注入導致硅片中的硼和氧形成硼氧復合體，從而使少子壽命降 低，引起電池轉換效率下降，但經過退火處理，少子壽命又可被恢復，其 可能的反應為： 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(摻硼晶體硅太陽電池初始光致衰 減機理 8 據文獻中報道： 據文獻中報道 （一）含有硼和氧的硅片經過光照后出現(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生的硼氧 復合體越多，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 時間的衰減幅度極小。 一

5、. P型(摻硼晶體硅太陽電池初始光致衰減機理 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間的關系(2 一. P型(摻硼晶體硅太陽電池初始光致衰減機理 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(摻硼晶體硅太陽電池初始光致衰減機理 11 圖4 不同硼摻雜濃度硅片的少子壽命隨時間的變化關系(4 摻硼晶體硅片少子壽命及太陽電池光致衰減試驗 二. P型(摻硼晶體硅片少子壽命及太陽電池光致衰減試驗 (一）P型（摻硼）單/多晶硅片少子壽命的光致衰減試驗 原始硅片的光致衰減試驗 硅片不做任何處理，測試光照

6、前和光照后的少子壽命。 12 試驗結論： 從圖5可以看出，單/多晶 裸硅片若不經過清洗鈍化， 其少子壽命幾乎隨著光照 時間變化不大，這是因為 硅片表面復合中心占主導 地位，掩蓋了光照對體少 子壽命的影響，因此對不 經過清洗、鈍化的裸硅片， 無法確定少子壽命與光照 時間的對應關系，也就無 法判斷硅片的質量 單晶裸硅片的少子壽命隨時間的衰減圖 1.2 多晶裸硅片的少子壽命隨時間的衰減圖 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 時間

7、 H 2h 3h 4h 0 10 min 30 min 1h 時間 H 2h 3h 4h 圖5 未經清洗、鈍化的單/多晶裸硅片少子壽命隨時間的變化關系 摻硼晶體硅片少子壽命及太陽電池光致衰減試驗 二. P型(摻硼晶體硅片少子壽命及太陽電池光致衰減試驗 13 表面鈍化硅片的光致衰減試驗 去除硅片損傷層硅片清潔+硅片表面鈍化（碘酒），測試光照前和光照后的少子壽命。 試驗結論： 試驗結論： 140 鈍化后單晶硅片少子壽命和光照時間的關系 40 鈍化后多晶硅片少子壽命衰減和時間的關系 樣品1 樣品1 35 鈍化后硅片的表面復合已不 占主要地位， 占主要地位，而以體內復合 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 基本可以預測出用此硅片制 作的電池的初始光致衰減的 程度以及可達到的最高電池 轉換效率。 轉換效率。 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間的關系 摻硼晶體硅片少子壽命及太陽電池光致衰減

9、試驗 二. P型(摻硼晶體硅片少子壽命及太陽電池光致衰減試驗 表面鈍化硅片的光致衰減及退火恢復試驗 將這些光照衰減后的硅片進行退火處理，硅片的壽命得到很大程度的恢復。 這和文獻中的報道是一致的，如圖7所示。 單晶硅片光照少子壽命恢復 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過退火后恢復 摻硼晶體硅片少子壽命及太陽電池光致衰減試驗 二. P型(摻硼晶體硅片少子壽命及太陽電池光致衰減試驗 15 （二）P型（摻硼）單/多晶硅太陽電池的初始光致衰減試驗 未封裝的單晶硅單體太陽電池的初始光致衰減試驗

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（相對衰減0.8%）電池I-V曲線 圖8 單晶電池（相對衰減5.7%）I-V曲線 摻硼晶體硅片少子壽命及太陽電池光致衰減試驗 二. P型(摻硼晶體硅片少子壽命及太陽電池光致衰減試驗 未封裝的多晶硅單體太陽電池的初始光致衰減試驗 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（相對衰減0.2%）的電池I-V曲線 圖9 多晶電池（相對衰減3.64%） 的I-V曲線 摻硼晶體硅片少子壽命及太陽電池光致衰減試驗 二. P型(摻硼晶體硅片少子壽命及太陽電池光致衰減試驗 光照前后電池片的量子效率對比 光照后，長波響應變差，這表明光照后電池片體內的少子壽命已發(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 (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電池光致衰減試驗 二. P型(摻硼晶體硅片少子壽命及太陽電池光致衰減試驗 電池片光照后的退火處理 選取不同衰減程度的電池片進行退火處理，效率也得到很大程度的恢復， 這和文獻中的報道一致。 單晶電池片效率衰減恢復圖 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 當前硅片質量的狀

13、況： 主流電池片的相對衰減：單晶電池片不超過 主流電池片的相對衰減： 1%，多晶電池片不超過0.5% 0.5%。 1%，多晶電池片不超過0.5%。 某些質量很差的硅片做成電池后， 某些質量很差的硅片做成電池后，其相對衰 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注的。 減大的電池片是需要我們關注的。 個別質量特別差的硅片做成電池后， 3. 個別質量特別差的硅片做成電池后，其相對衰減 超過 % 單晶）， ），對這種特別 超過%（單晶），對這種特別 差的材料進 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 等雜質含量 都

14、是嚴重超標。 都是嚴重超標。 三光伏組件的初始光致衰減試驗 20 光伏組件的核心組成部分就是太陽電池，如果太 陽電池的性能發(fā)生率減，就必然導致光伏組件的 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“臺階曲線”。 ? 通過測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 （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 （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-V曲線還是正常的，也 無熱斑出現(xiàn)，其曲線和紅外圖像與正常組件類似。 b. 如果電池的衰減不一致，將導致IV曲線出現(xiàn)臺階，如圖15所示 22 圖15 小臺階 大臺階 三光伏組件的初始光致衰減試驗 c. 有熱斑組件的紅外成像 對于出現(xiàn)臺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圍電池的溫度相差較大，過熱的區(qū)域可引 起EVA加快老化變黃，使該區(qū)域透光率下降，從而使熱斑進一步惡化，導 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 我們對某硅片供應商提供的一批質量極差的硅片進行了全過程的跟蹤試驗， 將轉換效率為16.%的電池片，經弱光光照1.5小時后(光源為節(jié)能燈11W X 40只，發(fā)現(xiàn)電池片轉換效率大幅衰減，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 轉換效率 13.8 13.6 13.4 13.2 13 圖17

17、 質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分檔，按轉換效率的分布情況做成14塊組件，組 件經太陽光光照后的功率又進一步下降，如圖18所示： 25 結論； 結論； 光照強度影響組件功率的衰減 幅度 幅度 盡管普通的節(jié)能燈沒有使該電 池片衰減到穩(wěn)定的程度， 池片衰減到穩(wěn)定的程度，但是通過光 照后二次分選剔出了效率衰減大的電 池片， 池片，使每個組件內電池片性能基本 一致。對這類電池， 一致。對這類電池，如果不經過光照 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 減較為嚴重的電池片， 減較為嚴重的電池片，會分散在各個 組件內， 組件內，導致

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 原始測試數(shù)據 日照1天后數(shù)據 日照2天后數(shù)據 功 率 (W 150 143.78 144.54 145 140 135 130 14.2% 14.

19、4% 14.6% 14.8% 轉換效率 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) 生在單晶硅太陽電池上，對于多晶硅太陽 電池來講,其轉換效率的初始光致衰減幅度 就很小。由此可見硅片自身的性質決定了 太陽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題，就 必須從解決硅片問題入手，下面就幾個方 案進行討論。 四光伏組件輸出功率初始衰減的解決方案 27 （一）改進摻硼P型直拉單晶硅棒的質量 在國內，摻硼P型直拉單晶是目前硅棒市場的主流產品，單晶棒的質量確實令人擔 憂 ，單晶棒制造商必須認真對待這個問題其實

20、直拉單晶工藝是很成熟的，只要 我們把好用料質量關，按正規(guī) 拉棒工藝生產，硅棒的質量是可以得到較好控制的。 建議如下： 避免使用低質量的多晶硅料 嚴格控制摻入過多低電阻率N型硅料，如IC的廢N型硅片等,避免生產高補償?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，將導致太陽電池 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,降低內應力,降低缺陷密度,改進電阻率 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）改進單晶硅 棒產品質量 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、 已在國內部分拉棒公司開始試用。 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）改進單晶硅棒產 利用區(qū)熔單晶硅工藝（FZ） 區(qū)熔單晶硅工藝 品質量 區(qū)熔單晶硅工藝避免了直拉工藝中大量氧進入硅 晶體的固有缺陷，從而徹底解決了P型（摻硼）太 陽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和其它半導體器件的硅片制造，但目 前已有公司對FZ工藝進行相關改造，降低了成本， 可適合于太陽電池硅片的制造。國內有技術實力 的拉棒公司已開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，沒有發(fā)現(xiàn)太陽電池的 初始光致衰減現(xiàn)象，（見圖），因此改摻硼為 摻鎵，也是解決太陽電池初始光致衰減的辦法之 一，國內技術力量強的企業(yè)已在開始做這方面的 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題的方 法之一,但從目前產業(yè)化的絲網印刷P型電池工藝 來看,N型電池在轉換效率和制造成本上還沒有優(yōu) 勢,一些關鍵工藝還有待解決. 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，改進硅片性能的一致性 提高硅片的加工水平，改進硅片性能的一致性 硅片質量的改進主

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，除此之外，還有一 些因素影響硅片的質量，如電阻率的均勻性，TV， TTV，幾何尺寸，內應力，表面清潔度,鋸痕等。建議 硅片制造公司使用硅片分選機，將不同的硅片分類， 向客戶提供性能質量一致的產品。 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 太陽電池制造商不可能在來料抽檢過程中發(fā)現(xiàn)硅片的全部質量問題，但可 以通過對每批電池效率的統(tǒng)計分析考察每批硅片質量的一致性程度。 33 圖19 電池效率分布,分布不對稱,低檔電池比例大 圖20 電池效率分布,出現(xiàn)兩個峰值 四光伏組件輸出功率初始衰減的解決方案 3

24、4 （八）加強硅片質量的監(jiān)督 在目前，太陽能級硅片的質量幾乎處于無人監(jiān)管 的狀態(tài)，好壞由客戶自己評價。我們建議國家盡 快制定出相關產品標準，建立質量監(jiān)督機制，使 我國的硅片加工產業(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 對電池片進行先前光照衰減 ? 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 致的,對電池片進行先前的光照,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, 完全可以控制在測量誤差之內。同時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， 為我們的用戶帶來更多的效益。 ? 盡管先前光照衰減是一種亡

25、羊補牢的方法，但在硅片質量 沒有得到有效的改善之前，使用此方法是解決光伏組件初 始光致衰減問題有效措施。在尚德公司， 先前光照衰減 的試驗工作已完成，規(guī)?；墓庹账p設備將陸續(xù)到位用 于生產。 36 請產業(yè)鏈上的每位同仁高度重視 自己的產品質量，只有大家齊心 協(xié)力，才能使光伏產業(yè)健康持續(xù) 穩(wěn)定地發(fā)展 質量是企業(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 ppt文檔可能在WAP端瀏覽體驗不佳。建議您優(yōu)先選擇TXT，或下載源文件到本機查看。 光伏組件輸出功率光致衰減問題的討論 張光春 陳如龍 孫世龍 李劍 蔣仙 溫建軍 高瑞 施正榮 無錫尚德太陽能電力有限

26、公司 報告內容提要 引言 （一）P型(摻硼晶體硅太陽電池初始光致衰減機理 摻硼 （二）P型(摻硼晶體硅片少子壽命及太陽電池光致衰減試驗 摻硼晶體硅片少子壽命及太陽電池光致衰減試驗 （三）光伏組件的初始光致衰減試驗 （四）光伏組件輸出功率初始衰減問題的解決方案 2 引言 光伏組件輸出功率的衰減可分為兩個階段： 光伏組件輸出功率的衰減可分為兩個階段： 第一個階段，我們可以把它稱作初始的光致衰減， 第一個階段 即光伏組件的輸出功率在剛開始使用的最初幾天 內發(fā)生較大幅度的下降，但隨后趨于穩(wěn)定。導致 這一現(xiàn)象發(fā)生的主要原因是P型（摻硼）晶體硅片 中的硼氧復合體降低了少子壽命。 第二個階段，我們可以把它稱

27、 作組件的老化衰減， 第二個階段 即在長期使用中出現(xiàn)的極緩慢的功率下降，產生 的主要原因與電池緩慢衰減有關，也與封裝材料 的性能退化有關。 3 引言 為什么光致衰減現(xiàn)象又被關注： P型(摻硼的太陽電池的光致衰減現(xiàn)象是在七十年 代發(fā)現(xiàn)的，為什么近期光伏產業(yè)界和研究機構又 對此產生了較大的關注呢？其主要原因是由于光 致衰減導致的一些光伏組件的功率下降幅度遠 遠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險。 4 引言 導致光伏組件功率出現(xiàn)早期下降的主要原因有： （一）硅片質量差，導致電池出現(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、焊接不良等質量問題 （三）些組件制造商功率測試不準確或有意在輸出功 率上虛報。 一. P型(摻硼晶體硅太陽電池初始光致衰減機理 30多年前，H. Fischer and W. Pschunder 等人首次觀察到P型（摻硼）晶 體硅太陽電池的初始光致衰減現(xiàn)象 6 一. P型(摻硼晶體硅太陽電池初始光致衰減機理 大家基本一致的看法是： 大家基本一致的看法是： 光照或電流注入導致硅片中的硼和氧形成硼氧復合體，從而使少子壽命降 低，引起電池轉換效率下降，但經過退火處理，少子壽命又可被恢復，其 可能的反應為： 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(摻硼晶體硅太陽電池初始光致衰減機理 8 據文獻中報道： 據文獻中報道 （一）含有硼和氧的硅片經過光照后出現(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生的硼氧 復合體越多，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 時間的衰減幅度極小。 一. P型(摻硼晶體硅太陽電池初始光致衰減機理 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間的關系(2 一. P型(摻硼晶體硅太陽電池初始光致衰減機理 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(摻硼晶體硅太陽電池初始光致衰減機理 11 圖4 不同硼摻雜濃度硅片的少子壽命隨時間的變化關系(4 摻硼晶體硅片少子壽命及太陽電池光致衰減試驗 二. P型(摻硼晶體硅片少子壽命及太陽電池光致衰減試驗 (一）P型（摻硼）單/多晶硅片少子壽命的光致衰減試 驗 原始硅片的光致衰減試驗 硅片不做任何處理，測試光照前和光照后的少子壽命。 12 試驗結論： 從圖5可以看出，單/多晶 裸硅片若不經過清洗鈍化， 其少子壽命幾乎隨著光照 時間變化不大，這是因為 硅片表面復合中心占主導 地位，掩蓋了光照對體少 子壽命的影響，因此對不 經過清洗、

31、鈍化的裸硅片， 無法確定少子壽命與光照 時間的對應關系，也就無 法判斷硅片的質量 單晶裸硅片的少子壽命隨時間的衰減圖 1.2 多晶裸硅片的少子壽命隨時間的衰減圖 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 時間 H 2h 3h 4h 0 10 min 30 min 1h 時間 H 2h 3h 4h 圖5 未經清洗、鈍化的單/多晶裸硅片少子壽命隨時間的變化關系 摻硼晶體硅片少子壽命及太陽電池光致衰減試驗 二. P型(摻硼晶體硅片少子

32、壽命及太陽電池光致衰減試驗 13 表面鈍化硅片的光致衰減試驗 去除硅片損傷層硅片清潔+硅片表面鈍化（碘酒），測試光照前和光照后的少子壽命。 試驗結論： 試驗結論： 140 鈍化后單晶硅片少子壽命和光照時間的關系 40 鈍化后多晶硅片少子壽命衰減和時間的關系 樣品1 樣品1 35 鈍化后硅片的表面復合已不 占主要地位， 占主要地位，而以體內復合 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 基本可以預測出用此硅片制 作的電池的初始光致衰減的 程度以及可達到的最高電池 轉換效率。 轉換效率。 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間的關系 摻硼晶體硅片少子壽命及太陽電池光致衰減試驗 二. P型(摻硼晶體硅片少子壽命及太陽電池光致衰減試驗 表面鈍化硅片的光致衰減及退火恢復試驗 將這些光照衰減后的硅片進行退火處理，硅片的壽命得到很大程度的恢復。 這和文獻中的報道是一致的，如圖7所示。 單晶硅片光照少子壽

34、命恢復 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過退火后恢復 摻硼晶體硅片少 子壽命及太陽電池光致衰減試驗 二. P型(摻硼晶體硅片少子壽命及太陽電池光致衰減試驗 15 （二）P型（摻硼）單/多晶硅太陽電池的初始光致衰減試驗 未封裝的單晶硅單體太陽電池的初始光致衰減試驗 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（相對衰減0.8%）電池I-V曲線 圖8 單晶電池（相對衰減5.7%）I-V曲線 摻硼晶體硅片少子壽命及太陽電池光致衰減試驗 二. P型(摻硼晶體硅片少子壽命及太陽電池光致衰減試驗 未封裝的多晶硅單體太陽電池的初始光致衰減試驗 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（相對衰減0.2%）

36、的電池I-V曲線 圖9 多晶電池（相對衰減3.64%） 的I-V曲線 摻硼晶體硅片少子壽命及太陽電池光致衰減試驗 二. P型(摻硼晶體硅片少子壽命及太陽電池光致衰減試驗 光照前后電池片的量子效率對比 光照后，長波響應變差，這表明光照后電池片體內的少子壽命已發(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 (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電池

37、光致衰減試驗 二. P型(摻硼晶體硅片少子壽命及太陽電池光致衰減試驗 電池片光照后的退火處理 選取不同衰減程度的電池片進行退火處理，效率也得到很大程度的恢復， 這和文獻中的報道一致。 單晶電池片效率衰減恢復圖 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 當前硅片質量的狀況： 主流電池片的相對衰減：單晶電池片不超過 主流電池片的相對衰減： 1%，多晶電池片不超過0.5% 0.5%。 1%，多晶電池片不超過0.5%。 某些質量很差的硅片做成電池后， 某些質量很差的硅片做成電池后，其相對衰 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注的。 減大的電池片是需要我們關注的。 個別質量特別差的硅片做成電池后， 3. 個別質量特別差的硅片做成電池后，其相對衰減 超過 % 單晶）， ），對這種特 別 超過%（單晶），對這種特別 差的材料進 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 等雜質含量 都是嚴重超標。 都是嚴重超標。 三光伏組件的初始光致衰減試驗 20 光伏組件的核心組成部分就是太陽電池，如果太 陽電池的性能發(fā)生率減，就必然導致光伏組件的 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“臺階曲線”。 ? 通過測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 （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 （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-V曲線還是正常的，也 無熱斑出現(xiàn)，其曲線和紅外圖像與正常組件類似。 b. 如果電池的衰減不一致，將導致IV曲線出現(xiàn)臺階，如圖15所示 22 圖15 小臺階 大臺階 三光伏

40、組件的初始光致衰減試驗 c. 有熱斑組件的紅外成像 對于出現(xiàn)臺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圍電池的溫度相差較大，過熱的區(qū)域可引 起EVA加快老化變黃，使該區(qū)域透光率下降，從而使熱斑進一步惡化，導 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 我們對某硅片供應商提供的一批質量極差的硅片進行了全過程的跟蹤試驗， 將轉換效率為16.%的電池片，經弱光光照1.5小時后(光源為節(jié)能燈11W X 40只，發(fā)現(xiàn)電池片轉換效率大幅衰減，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 轉換效率 13.8 13.6 13.4 13.2 13 圖17 質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分檔，按轉換效率的分布情況做成14塊組件，組 件經太陽光光照后的功率又進一步下降，如圖18所示： 25 結論； 結論； 光照強度影響組件功率

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，但是通過光 照后二次分選剔出了效率衰 減大的電 池片， 池片，使每個組件內電池片性能基本 一致。對這類電池， 一致。對這類電池，如果不經過光照 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 減較為嚴重的電池片， 減較為嚴重的電池片，會分散在各個 組件內， 組件內，導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 原始測試數(shù)據 日照1天后數(shù)據 日照2天后數(shù)據 功 率 (W 150 143.78 144.54 145 140 135 130 14.2% 14.4% 14.6% 14.8% 轉換效率 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) 生在單晶硅太陽電池上，對于多晶硅太陽 電池來講,其轉換效率的初始

44、光致衰減幅度 就很小。由此可見硅片自身的性質決定了 太陽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題，就 必須從解決硅片問題入手，下面就幾個方 案進行討論。 四光伏組件輸出功率初始衰減的解決方案 27 （一）改進摻硼P型直拉單晶硅棒的質量 在國內，摻硼P型直拉單晶是目前硅棒市場的主流產品，單晶棒的質量確實令人擔 憂 ，單晶棒制造商必須認真對待這個問題其實直拉單晶工藝是很成熟的，只要 我們把好用料質量關，按正規(guī)拉棒工藝生產，硅棒的質量是可以得到較好控制的。 建議如下： 避免使用低質量的多晶硅料 嚴格控制摻入過多低電阻率N型硅料，如IC的廢N型硅片等,避免生產高補償?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，將導致太陽電池 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,降低內應力,降低缺陷密度,改進電阻率 的均勻性。 四光伏組件輸出功