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太陽能光伏鋰電池暗電流的研究

鉅大鋰電  |  點(diǎn)擊量:0  |  2021年04月28日  

本文對(duì)太陽能電池的暗電流出現(xiàn)原因進(jìn)行了系統(tǒng)的研究。暗電流不僅僅包括反向飽和電流。還包括薄層漏電流和體漏電流。在太陽能電池實(shí)際生產(chǎn)中,暗電流高于5A的電池比例偏高,其出現(xiàn)的原因多種多樣。我們經(jīng)過長(zhǎng)期大量的實(shí)驗(yàn),研究了暗電流高的原因。并在生產(chǎn)中提出了相應(yīng)的解決辦法。


1、引言


在沒有光照的條件下,給PN結(jié)加反偏電壓(N區(qū)接正,P區(qū)接負(fù)),此時(shí)會(huì)有反向的電流出現(xiàn),這就是所謂的暗電流。對(duì)太陽能電池而言,暗電流不僅僅包括反向飽和電流,還包括薄層漏電流和體漏電流。


反向飽和電流是指給PN結(jié)加一反偏電壓時(shí),外加的電壓使得PN結(jié)的耗盡層變寬,內(nèi)建電場(chǎng)變大,電子的電勢(shì)能新增,P區(qū)和N區(qū)的多數(shù)載流子數(shù)載流子(P區(qū)多子為空穴,N區(qū)多子為電子)就很難越過勢(shì)壘,因此擴(kuò)散電流趨近于零,但是由于結(jié)電場(chǎng)的新增,使得N區(qū)和P區(qū)中的少數(shù)載流子更容易出現(xiàn)漂移運(yùn)動(dòng)。在這種情況下,PN結(jié)內(nèi)的電流由起支配用途的漂移電流決定。漂移電流的方向與擴(kuò)散電流的方向相反,表現(xiàn)在外電路上有—個(gè)流入N區(qū)的反向電流,它是由少數(shù)載流子的漂移運(yùn)動(dòng)形成的。由于少數(shù)載流子是由本征激發(fā)而出現(xiàn)的,在溫度一定的情況下,熟激發(fā)出現(xiàn)的少子數(shù)量是一定的,電流趨于恒定。太陽能電池片可以分3層,即薄層(即N區(qū)),耗盡層(即PN結(jié)),體區(qū)(即P區(qū))。復(fù)合的過程始終伴隨著載流子的定向移動(dòng),必然會(huì)有微小的電流出現(xiàn),這些電流對(duì)測(cè)試所得的暗電流的值是有貢獻(xiàn)的,由薄層貢獻(xiàn)的部分稱之為薄層漏電流,由體區(qū)貢獻(xiàn)的部分稱之為體漏電流。


2、實(shí)驗(yàn)及分析


在太陽能電池實(shí)際生產(chǎn)中,暗電流高的電池比例偏高,同碎片率相同,是影響電池成品合格率的兩大重要因素之一。這些電池出現(xiàn)的原因多種多樣極其復(fù)雜,我們經(jīng)過長(zhǎng)期大量的實(shí)驗(yàn),分析了暗電流高與5A電池出現(xiàn)的具體原因,并在生產(chǎn)中提出了相應(yīng)的解決辦法。


2.1硅片內(nèi)在質(zhì)量原因


鑄造多晶硅相對(duì)直拉單晶硅的制備工藝簡(jiǎn)單,成本較低,但控制雜質(zhì)和缺陷的能力也較弱。鑄造多晶硅中的氧、碳、氮、氫及金屬雜質(zhì)和高密度的晶界、位錯(cuò)以及微缺陷都有可能造成電池反向電流的新增。所以,在鑄錠過程中應(yīng)嚴(yán)格控制硅料的雜質(zhì)含量,優(yōu)化鑄錠工藝,嚴(yán)格控制硅錠的雜質(zhì)含量和電阻率等參數(shù),嚴(yán)格控制微晶缺陷出現(xiàn)。圖1顯示的是經(jīng)過線鋸切割后受損傷的硅片表面情況,表面完全與硅基體剝離,大大影響了硅基體表面性質(zhì)。


圖1鑄造多晶磕蜀出躺醐瞎惦受損傷的硅片表面情況


2.2電池的加工工藝原因


2.2.1制絨工藝


1)潤(rùn)洗污染:在多晶硅片酸制絨的生產(chǎn)過程中,潤(rùn)洗系統(tǒng)內(nèi)部會(huì)


生成不溶性鹽類,在對(duì)硅片進(jìn)行潤(rùn)洗的過程中會(huì)污染硅片的表面,形成PN結(jié)缺陷,進(jìn)而影響鍍膜,在雜質(zhì)處未鍍膜或形成鍍膜缺陷,燒結(jié)時(shí)


污染,尤其是人為污染;優(yōu)化電池加工各工序的工藝,防止機(jī)械損傷,


對(duì)降低電池的暗電流有非常重要的用途。漿料會(huì)在在雜質(zhì)處穿過薄膜層,造成電池的反向暗電流增大。


2)風(fēng)刀油水污染:重要是壓縮空氣中油水的污染。在制絨設(shè)備中,各工藝槽后均有風(fēng)刀,其用途是去除硅片表面的化學(xué)液體和水。風(fēng)刀用的氣體為壓縮空氣,其中含有部分油和水的混合物,它會(huì)玷污硅片表面,從而形成表面缺陷。


2.2.2擴(kuò)散工藝


PN結(jié)均勻性差,高方塊電阻的硅片PN結(jié)相對(duì)較淺,相同的燒結(jié)條件下,PN結(jié)較淺的地方易被漿料穿透,造成漏電流偏大。在生產(chǎn)中應(yīng)嚴(yán)格控制方塊電阻的大小,調(diào)整合適的工藝,使方塊電阻的均勻性提高,從而降低電池的暗電流。


2.2.3濕法刻蝕工藝


濕法刻蝕造成電池暗電流偏高的—個(gè)重要原因是刻蝕邊緣較大,PN結(jié)遭到破壞,導(dǎo)致鍍膜印刷燒結(jié)后漏電。濕法刻蝕的硅片,邊緣較大重要有以下原因:


1)濕法刻蝕溶液粘度不足,重要表現(xiàn)為刻蝕液中H2S04的濃度


偏低;


2)化學(xué)成分配比不適合;


3)刻蝕槽流量過大;


4)排風(fēng)量調(diào)節(jié)不適合;


5)傳輸速度慢等。


所以適當(dāng)調(diào)節(jié)濕法刻蝕工藝,在保證刻蝕深度的情況下,盡量減小邊緣刻蝕寬度,從而在一定程度上可以減少高漏電電池比例。


2.2.4不同的漿科,成分不同,性能不同,對(duì)電池的參數(shù)影響不同


不同漿料對(duì)氮化硅膜的穿透能力不同,高溫性能不同,從而造成電參數(shù)性能的較大差異。在燒蘭占i型程中,應(yīng)根據(jù)漿料的不同性質(zhì)采用不同的燒結(jié)工藝。


2.3人工污染的原因


重要是人手接觸硅片導(dǎo)致硅片受到污染,污染物重要是鈉離子。下表中數(shù)據(jù)為制絨、擴(kuò)散工序均采用機(jī)械手裝卸載和制絨、擴(kuò)散工序均采用人工收片和插片的電池參數(shù)比較數(shù)據(jù):


表1


以上比較數(shù)據(jù)表現(xiàn)為采用柳械手插片電池參數(shù)Irev2>5A的電池比例均低于1.5%,明顯低于人工插片形成的比例。


2.4加工過程造戍機(jī)械損傷的原因


由于在電池生產(chǎn)過程中各工序會(huì)不可防止的對(duì)硅片造成不同程度的機(jī)械損傷,嚴(yán)重者會(huì)造成硅片的暗裂紋,假如印刷漿料后硅片還沒有碎裂,燒結(jié)后漿料通過暗裂紋進(jìn)入硅片,導(dǎo)致電池漏電偏大。這種硅片在生產(chǎn)過程中很難發(fā)現(xiàn),但在lR下觀測(cè)可以看到有微裂紋,表現(xiàn)為溫度過高的亮點(diǎn)。因此生產(chǎn)過程中應(yīng)減少硅片的機(jī)械碰撞,防止暗裂紋的出現(xiàn)。


3.結(jié)論


為降低電池的暗電流,提高電池的品質(zhì),首先應(yīng)改善硅錠的內(nèi)在質(zhì)量,減少硅錠內(nèi)在雜質(zhì)的含量和缺陷態(tài);其次,減少生產(chǎn)各個(gè)環(huán)節(jié)的污染,尤其是人為污染;優(yōu)化電池加工各工序的工藝,防止機(jī)械損傷,對(duì)降低電池的暗電流有非常重要的用途。


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