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解密:单晶PERC电池EL黑斑问题如何解决?
  • 2020-11-25 14:38:28
  • 浏览:9101
  • 来自:黑鹰光伏

  【 作者 | 董强 四川省质量监督协会常务副会长/通威太阳能(成都)有限公司电池质量部部长】

  本文从专业角度探究了单晶PERC电池EL黑斑问题。EL黑斑是指电池片在EL测试时,显现出来的黑色斑状不良。EL全称为:Electroluminescence,电致发光,其原理是给太阳电池加正向偏压,电子在价带与导带间跃迁导致发光,被相机采集并转换成图像。当电池片存在复合中心时,复合中心处发光强度减弱,表现出发黑。本文分为三大部分:一.EL黑斑产生机理;二.EL黑斑的解决方案;三.EL黑斑的影响。

  一.EL黑斑产生机理

  1.1  EL黑斑的定义:EL黑斑是指电池片在EL测试时,显现出来的黑色斑状不良。EL全称为:Electroluminescence,电致发光,其原理是给太阳电池加正向偏压,电子在价带与导带间跃迁导致发光,被相机采集并转换成图像。当电池片存在复合中心时,复合中心处发光强度减弱,表现出发黑。

  从EL测试原理我们可以得到,EL黑斑对应位置存在大量复合中心,PERC制程中能产生复合中心的条件主要分为缺陷或污染两类,导致发光强度弱于正常区域。

  1.2    EL黑斑的类别

  缺陷分为体缺陷和表缺陷。体缺陷存在硅片内部,大多均匀分布,EL条件下一般不会存在局部发黑现象;表缺陷主要与表面悬键钝化(氧化铝层)相关,在PERC制程中,背面抛光程度大,对缺陷更加敏感,更易出现黑斑,该类黑斑一般面积较大,经高温后扩散开,呈圆形带晕状,表现为大黑斑;(例如,TMA与笑气结合的过程中,在沉积到硅片表面前就形成了大的氧化铝颗粒,未能均匀的在硅表面形成氧化铝层)

  污染类型主要来自制程中灰尘和药液残留,经高温作用后在EL条件下形成局部发黑,该类黑斑一般面积较小,表现为实心小黑斑。

  1.3    关键工序识别

  减抛刻蚀工序:去除非扩散面及四周的磷硅玻璃,硅片存在药液残留风险,裸露在环境中,容易受到粉尘污染;退火工序:抗PID,消除表面的晶格缺陷,硅片直接裸露在环境中,容易受到粉尘污染,高温工艺加剧污染程度;背钝化工序:通过在电池片背面生长AlOx+SiNx复合膜对电池的背表面进行钝化,极大地改善电池片的长波响应,有效降低背表面复合,提高开路电压,增加背表面反射;硅片直接裸露在环境,容易受到粉尘污染,钝化膜不均匀导致黑斑产生;正镀膜工序:在硅片表面均匀的镀上一层高效的减反射膜,减少光的反射损失,增强了吸收光的强度,提高电池效率,同时有钝化作,正膜成膜前硅片直接裸露在环境,容易受到粉尘污染。

  1.4    大黑斑-表缺陷&大颗粒异物污染

  通过显微镜观察,正背面外观均未发现异常。QE分析说明大黑斑区域缺陷为电池片背面,元素分析:无杂质元素,不存在污染;结合PERC电池特点,可以推断大黑斑与氧化铝钝化层本身相关性较强,属于表缺陷引起的EL黑斑。

  显微镜下明显可以看到异物附着,元素分析:含C、Na元素,存在污染;此时异物对应区域形成了复合中心,属于污染引起的EL黑斑。

  1.5   小黑点-粉尘污染

  抽检小黑点不良电池片,对应区域通过显微镜观察,大部分正hei背面外观均未发现异常,小部分背面区域通过高倍显微镜能发现污染痕迹,该处测试元素,C元素含量较高,存在污染;QE测试该处长波响应低于正常区域,短波响应无明显差异,与显微镜下观测到背面被杂质污染相吻合。

  大部分小黑点受粉尘污染程度较轻,显微镜下不能观测到,仅污染严重电池片外观会表现出异样。

  二.EL黑斑的解决方案

  2.1  解决思路

  原因1解决思路:控制5.0μm级粉尘,减少0.5μm级悬浮颗粒,可有效减少车间黑斑发生率;镀膜工序的车间洁净度控制在千级范围内,黑斑发生率能控制在2%以下。

  原因2解决思路:优化氧化铝沉积温度、压力、流量等参数;提升氧化铝钝化的均匀性;增强湿法清洗效果,减少1药液残留。

  2.2   在线黑斑发生率统计

  洁净度监测点:镀膜工序;洁净度分级标准:ISO14644-1

  三.EL黑斑的影响

  3.1  电池端——3.1.1 LID、CID衰减

  标准:LID---5KWH效率衰减≤0.6%;CID---0.5A&110℃&8H效率衰减≤0.8%

  3.1.2   衰减前后EL对比

  3.2   组件端 ——3.2.1   LID、热斑、PID衰减

  标准:LID---60KWH功率衰减≤5% ;PID---1500V&96H功率衰减≤5%

  参照:IEC 61215、IEC 62804

  3.2.2   衰减前后EL对比

  3.3   无瑕疵&大黑斑&小黑斑CID、LID衰减差异

  样本:22.6% 无瑕疵、EL大黑斑、EL小黑斑电池片;

  样本量:10片/组;CID、LID各3组;

  目的:对比无瑕疵&大黑斑&小黑斑三种类别,随着时间推移,CID、LID衰减的差异。

  3.3.1    CID衰减验证

  3.3.2    LID衰减验证

  3.3.3 结论 :

  • 随着时间推移,EL大、小黑斑的整体衰减变化趋势对比无瑕疵没有差异;不会继续恶化;

  • EL大、小黑斑的电池片,CID、LID表现与无瑕疵电池片没有差异;整体表现符合行业标准。

【责任编辑:sunnyz】
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关键字阅读: 单晶PERC
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