单晶位错对电池性能的影响final

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1、单晶位错对电池性能的影响1.引言单晶硅由于其本身内部完整的晶体结构，其电池效率明显高于多晶硅电池，是硅基高效太阳能电池的首选材料。然而，单晶硅内部杂质和晶体缺陷的存在会严重影响太阳能电池的效率，比如：光照条件下B-O复合体的产生会导致单晶电池的光致衰减；内部金属杂质和晶体缺陷（位错等）的存在会成为少数载流子的复合中心，影响其少子寿命。本文研究了单晶硅片位错对电池性能的影响，并讨论了单晶拉制工艺对位错的影响。作为少数载流子的强复合中心，位错会严重影响硅片的少子寿命，最终影响电池和组件性能。2.实验本实验对大量低档电池片及其组件

2、进行了研究，现从中选取一块典型组件和两片典型电池片举例说明。实验过程如下：组件做电致发光EL（electroluminescence）测试→光照条件组件电性能测试。电池做电致发光EL测试→光照条件电池电性能测试→电池光诱导电流密度（LBICCurrent）测试→硅片少子寿命测试→化学抛光腐蚀后观察位错→SIMS元素分析。3.实验结果和分析组件电致发光EL测试如下图1所示。由图可见，组件的电池片中存在着大量黑心和黑斑的情况。图1组件EL测试电致发光EL测试使用的是某公司的ElectroluminescenceInspectio

3、n设备。EL照片中黑心和黑斑反映的是在通电情况下该部分发出的1150nm红外光相对弱，故在EL相片中显示为黑心和黑斑，发光现象和硅衬底少数载流子寿命有关。由此可见，黑心和黑斑处硅衬底少数载流子寿命明显偏低。组件电性能测试如图2所示。由图可见，组件短路电流Isc（4.588A）和最大功率Pmax（143.028W）明显偏低；此类正常组件短路电流Isc一般为5.2A，最大功率Pmax一般为175W以上。说明组件中存在着大量低效率电池片，导致组件功率的严重下降。图2光照条件组件电性能测试而后，我们进行了电池片电致发光EL测试，如下

4、图3和4所示。其黑心和黑斑现象如组件EL测试所见。图3样片1EL测试图4样片2EL测试光照条件电池电性能测试如表1所示。表1光照条件电池电性能测试UocIscRsRshFFNCellUrev1Irev1Urev2Irev2样片10.6134.730.02616.9956.670.1106-100.874-121.041样片20.5874.620.005104.2176.60.1399-100.131-120.1653两片电池效率分别为11.06%和13.99%，Isc分别为4.73A和4.62A，均明显偏低；而此类正常电池片

5、效率一般为17.5%左右，Isc为5.3A左右。电池光诱导电流密度（LBICCurrent）测试如图5和6所示。图5样片1LBICCurrent测试图6样片2LBICCurrent测试然后，电池经过去SiN膜、去正反电极、去铝背场和n型层，再经碘酒钝化后，硅片少子寿命测试如图7和8所示。图7样片1少子寿命测试图8样片2少子寿命测试硅片少子寿命测试与电池光诱导电流密度（LBICCurrent）测试和电池EL测试具有很好的对应关系，说明造成电池效率低的原因为硅片本身内部缺陷所致，与电池工艺没有直接关系。而后，对硅片进行化学抛光和

6、Wright液腐蚀，样片2呈现出明显的与EL测试、电流密度（LBICCurrent）测试和少子寿命测试相对应的图案形貌，如图9所示。黑心外黑心内图9样片2经化学腐蚀后图案形貌样片1的光学显微观察如图10和11所示，局部区域具有很高的位错密度达10E5~10E6左右。样片2的光学显微观察如图12和13所示，在如图9所示的中心圆形图案形貌内，其位错密度均高达10E6~10E7左右。图10样片1位错密度10E5~10E6（×500倍）图11样片1位错密度10E5~10E6（×500倍）图12样片2位错密度10E6~10E7（×20

7、0倍）图13样片2位错密度10E6~10E7（×500倍）最后，我们对如图9中，样片2所示的黑心内外做SIMS测试，测试结果如表2所示。SIMS测试结果显示，黑心内外各种杂质含量正常。表2样片2SIMS测试Concentration(at/cm3)样片2BPCOAlCrMnFeNi黑心内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综上所述，正是由于硅片中存在着极

8、高的位错密度，成为少数载流子的强复合中心，最终导致电池性能的严重下降。而与电池工艺和材料内部杂质无直接关系。4.拉晶工艺对单晶位错的影响4.1引颈对单晶位错的影响由于籽晶和硅熔液接触时的热应力，会使籽晶产生位错，这些位错必须利用引颈生长使之消失。引颈是将籽晶快速往上提升，使长出的晶体直径缩