如何改善單晶PERC電池片EL黑斑?

黑斑問題一直是電池片EL不良的前三項問題,黑斑的種類多,從異常的產生來講可以分為兩類,一類為偶然工藝原因,此類主要有不規則、不定期的特點,另一類是規則出現,特征性強。本文主要針對電池片的EL測試規則黑斑問題展開分析並提出一些意見。EL測試原理EL測試儀是通過對電池片通入1-40mA的正向電流,作用於
Admin     2019-4-28 15:25:55

  黑斑問題一直是電池片EL不良的前三項問題,黑斑的種類多,從異常的產生來講可以分為兩類,一類為偶然工藝原因,此類主要有不規則、不定期的特點,另一類是規則出現,特征性強。本文主要針對電池片的EL測試規則黑斑問題展開分析並提出一些意見。


  EL測試原理


  EL測試儀是通過對電池片通入1-40mA的正向電流,作用於擴散結兩邊,電能把處於基態的原子進行激發,使其處於激發態,處於激發態的原子不穩定,進行自發輻射。通過濾波片的作用及底片的曝光程度來了解在自發輻射中本征躍遷的情況,通過少子壽命、密度與光強間的關係,從底片的曝光程度,來判斷矽片中是否存在缺陷。

  由於晶矽太陽電池中少子的擴散長度遠遠大於勢壘寬度,電子和空穴通過勢壘區時因複合而消失的幾率很小。在正向偏置電壓下,p-n結勢壘區和擴散區注入了少數載流子,這些非平衡少數載流子不斷與多數載流子複合而發光。


  EL黑斑產生的原因


  EL測試的圖像亮度與電池片的少子壽命(或少子擴散長度)與電流密度成正比,在有缺陷的區域,其少子擴散長度低,發光強度弱。由於電池片中有缺陷區域沒有發出紅外光,故在EL圖像中呈現“黑斑”。



  類型1:特別黑的小點,位置隨機不固定;
  類型2:密集型黑點,黑點區域廣,一般滿片均勻分布;

  類型3:大黑斑,顏色灰色、深灰,位置比較規則;


  以下將對上述幾種進行簡要分析:


  1、效率


  該類異常黑斑,在電性能無明顯體現在FF、Isc、Voc、Rsh上。(說明該類異常片主要非來自正麵的影響,切未破壞結區,影響載流子的輸運。)



  2、量子效率測試


  量子效率是用來表征光電轉換器件(圖像傳感器,矽光電池等等)效率的重要指標。太陽能電池的量子效率是指太陽能電池的電荷載流子數目與照射在太陽能電池表麵一定能量的光子數目的比率,因此太陽能電池量子效率與太陽能電池對照射在太陽能電池表麵的各個波長的光的響應有關。


  以下為不同黑斑片對應外量子效率圖:


圖一


圖1


圖二


圖2



圖3


  如圖1-3,正常單晶電池片和黑斑電池片的量子效應隨波長的變化趨勢大致相同,說明與矽片的質量關係較小。
  圖2圖3中顯示中長波正常區域比黑斑區域量子效率高,波長較長的波是被電池主體吸收的,遷移過程及背麵表會產生複合,而量子效率與電池片的活性層對光子利用率以及光的反射、透射有關,實驗中黑斑區域和正常區域選自同一片電池片,可以認為它的擴散深度、減反膜相同,因而推斷此異常是電池清洗過程殘留雜質或背場鈍化的問題。

  圖1整個波段沒有明顯差異,隻是中波段正常區域比黑斑區域量子效率略高,工藝過程不是問題,問題主要是整個生產過程雜質顆粒對電池半成品的汙染所致。


  3、成份元素分析,測試儀器:ICP-MS


  測試原理:采用激光燒蝕的方法,對電池片正常區域和異常區域的分別測試成分含量。酸洗過的電池片製成片狀小樣置於樣品台上,樣品表麵處激光束聚焦點上。激光器激光轟擊,在樣品上產生小深坑,消耗樣品讓等離子體氣流過樣品表麵,再經一導管導入等離子炬,樣品在焰炬中電離,通過質譜儀可以對樣品微小區域進行分析。

  為了降低生產過程及矽片對實驗的幹擾,每類正常樣品和黑斑樣品均取自同一張電池片。


圖4


圖4 小黑點成分測試圖


圖5


圖5 小黑斑成份測試圖


圖6


  圖6大黑斑成份測試圖


  如圖4小黑點類,正常樣品和黑點樣品元素含量差異沒有明顯變化,唯有Na原子和Ca原子略有差異,黑點樣品比正常樣品Na含量高132%倍、Ca含量高19.8%倍。

  圖5小黑斑類,小黑斑樣品比正常樣品Na含量高283%倍、Ca含量高38.7%倍。
  圖6大黑斑類,黑斑樣品比正常樣品Na含量高317%倍、Ca含量高49.4%倍。

  從數據來推斷圖5、圖6在黑斑區域雜質元素含量明顯高,形成了較強的複合中心,而我們的測試樣品是經過混合酸去除了電極和背場,在電池生產含Na和Ca元素的是酸液,而隻有刻蝕和製絨兩個工序涉及,刻蝕工序酸洗的是電池片背麵,我們測試是正麵燒蝕厚度約15μm,因此製絨酸液殘留的可能性較大,圖4在小黑點區域略高,粉塵顆粒在過程中汙染表麵的可能性較大。


  4、P+層少子壽命、方阻測試


圖7


圖7 P+層方阻對比圖


圖8


  圖8P+層少子壽命對比圖


  黑斑電池片正常區域和異常區域P+層方阻變化不大,說明背場燒結工藝正常,在少子壽命的表現上隻有中間大黑斑明顯偏低,而少子壽命偏低主要是受雜質複合影響。因此推論黑點黑斑電池片並非燒結工序所致。


  結論:


  在這裏說明一下,該類黑斑主要針對於未見明顯影響到效率的且外觀不可見的類型。
  筆者在國投在職期間。通過與各組負責人跟蹤各道測試片,擴散首尾片,以及瑪雅背鈍化掉渣外觀明顯的片子等,驗證到以下內容:
  1、黑斑非刻蝕、製絨清洗不足導致。仍懷疑清洗後Q-time時間長仍可能導致(針對部分高效不達標的車間,且無氮氣櫃及封閉式傳輸小車的公司)以上通過改善循環,增加後HCL補加,初配,降低NAOH耗量對比批量數據。
  2、黑斑形成與瑪雅掉的碎渣無關。(跟蹤驗證該類片大一些的僅會形成淡的小灰斑點,不影響電池片EL)
  3、跟蹤瑪雅維護前後發現該類異常片處於半爆發狀態,鎖定主要來源於背鈍化。(經與其他公司溝通也有該類似問題存在,維護前後相差較大)
  4、元素分析顯示NA離子等,可以考慮將製絨和刻蝕堿改用KOH。這裏不作過多說明。
  5、控製各製程Q-TIME時間,尤其是濕法工序後,不要超1.5H。平時需放久一些可以考慮使用保鮮膜進行包裹或放置氮氣櫃。
  6、熱工序因環境溫度關係潔淨度需跟加控製好。這裏建議一些不達標的公司可灑水。將一些粒子吸附到地麵,避免與矽片接觸。
  7、擴散檔片定期跟換。
  8、建議將背鈍化設備設計隔離間,方便維護,保護其他相鄰道工序不受影響。
  9、石墨舟清洗需要幹淨,不幹淨的石墨舟除了會導致舟印外還會有一些與舟貼合的地方留下小斑點。
  10、對於固定位置的黑斑,可以根據矽片加工流程,將各道工裝夾具進行點檢,並畫出相應接觸點的圖,方便日後的排查。



來源:亚搏彩票手机版 技術




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