硅片质量对太阳能电池性能的影响[1]

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1、硅片质量对太阳能电池性能的影响尚德电力控股有限公司张光春1.引言2007年全球商业化光伏电池市场中，由单晶硅和多晶硅组成的晶体硅太阳能电池的市场份额达87.4%，是光伏市场的绝对主流产品，而且在可见的未来几年内，这种局面不会改变。1999年-2007年全球商业化光伏电池市场份额硅片作为晶体硅太阳能电池的基础材料，其质量对电池性能具有很重要的影响。一方面，硅片的内部缺陷和杂质会直接影响电池的效率和稳定性；另一方面，硅片的外观缺陷和表面质量对电池的制造和外观等也具有很重要的影响。只有通过硅片供应商和电池片制造商的共同努力，不断改善和提高硅片质

2、量，才能更好地为我们的客户提供高质量的电池和组件。2.单晶硅片质量对电池性能的影响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。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：(a)光照条件下B-O复合体的产生会导致单晶电池的早期光致衰减；(b)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，导致电池性能的下降。2．1少子寿命对电池性能的影响少子寿命是指半导体材料在外界注入（光或电）停止后，少数载流子从最大值衰减到无注入时的初值之间的平均时间。少子寿命是用于表征材

3、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。少子寿命已成为生产线上常规测试的一个参数。我们选取某供应商某批单晶硅片进行实验，将硅片按不同少子寿命区分后，按正常电池工艺做成电池，其少子寿命和电池效率具有很好的对应关系，如下图所示。2.2早期光致衰减对电池性能的影响早期光致衰减机理P型掺硼晶体硅太阳电池的早期光致衰减现象最早在30多年前就有相关报道。大量的科学研究发现它与硅片中的硼氧浓度有关，大家基本一致的看法是光照或电流注入导致硅片中的硼和氧形成硼氧复合体，从而使少子寿命降低，但经过退火处理，少子寿命又可恢复，其反

4、应为：正是由于掺硼单晶硅在光照条件下硼氧复合体的生成，引起少子寿命的下降，最终导致太阳电池和组件功率的下降。关于这方面的详细研究，尚德公司已在第十届光伏大会上发表论文“P型晶体硅光伏电池和组件早期光致衰减问题的研究”。光致衰减的危害光伏组件的早期光致衰减（一）会引起组件功率在使用的最初几天内发生较大幅度的下降，使标称功率和实际功率不符，使组件供应商面临客户投诉或索赔。（二）光伏组件的光致衰减主要是由电池衰减导致的，同一组件内各个电池片由于光致衰减的不一致性造成原本分选时电性能一致的电池片，经过光照后，电性能会存在很大偏差，引起组件曲线异常

5、和热斑现象，导致组件的早期失效。低质电池光致衰减不一致性实例我们将某供应商提供的质量较差的硅片做成的初始分选效率为16%的电池片，经弱光光照1.5小时后(光源为节能灯)，发现电池片效率衰减很多，且离散性也很大，效率最高的为15.4%，最低的仅为13%，衰减比率达3.75%至18.75%。低质硅片做成的同一档次电池经弱光光照后效率分布图上述经弱光光照的电池片重新分选检测后，按转换效率的分布情况做成14块组件，经太阳光光照1天和2天后的功率对比如下图所示。试验结论：１．此供应商的硅片制作的电池片本身衰减较为严重，如果电池片不经过光照和二次分选

6、而直接做成组件，尤其是衰减较为严重的那部分电池片，会分散在各个组件内，影响到组件的整体功率下降更多，并且将导致组件曲线异常和热斑。２．上述结果也说明，普通的节能灯没有使该电池片衰减到稳定的程度，因此做成的组件在太阳光光照后仍然出现了较大的衰减。但是通过光照后二次分选剔出了效率极低的电池片，并使得每个组件内电池片效率均匀性基本一致。３．初始分选效率16%的电池片理论上可做成172W的组件，但经过光致衰减后，最终的做成最大仅155.71W组件和最小仅143.78W的组件，衰减比率达9.47%至16.4%!因此，严格把控硅片质量是保证电池和组件

7、性能稳定的根本措施。早期光致衰减导致的组件台阶曲线和热斑现象台阶曲线和热斑现象分析：•光伏组件的核心组成部分就是太阳电池，如果太阳电池发生光致衰减，就必然导致光伏组件的输出功率下降，并极易在组件中引起热斑。•若一串电池中产生的电流不一致时，通过这串电池的电流将在问题电池上引起热斑；若电池串与串之间电流不一致，在接了旁路二极管的组件特性曲线上可看到“台阶曲线”。•通过测量光照前后组件的输出特性曲线和红外成像分析,可以考察组件的初始光致率减现象。如果组件中电池的衰减不一致，将导致I－V曲线出现台阶。对于出现台阶曲线的组件用红外成像检查，可发现

8、有组件出现热斑，如右图所示，该组件温差大于20℃。这种热斑的温度与周围电池的温度相差较大，过热的区域可引起EVA加快老化变黄，使该区域透光率下降，从而使热斑进一步恶化，导致组件的早期失效。早期