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电池EL雪花状漏电解决
  • 2021-01-12 21:40:30
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  • 来自:摩尔光伏

  摘要:通过采用外量子测试、成分测试、可靠性测试等方法对太阳电池电致发光(EL) 漏电原因及漏电电池的可靠性进行了简要分析,结果显示,产生漏电的原因主要是由于硅片切割时引入了金属杂质,导致少子寿命低,漏电电池片衰减率及组成组件后工作温度均大于正常电池片。

  0引言

  目前规模生产的太阳电池的质量主要是从外观和电致发光(EL)两方面做判定。EL不良率是影响生产线合格率的主要因素之一,其问题的解决一直是困扰生产线的难题,查找原因、改善和解决问题是生产线一直探究的方向。本文主要针对太阳电池测试中出现的雪花状漏电问题展开分析,并对此类电池的可靠性进行了评估。

  1漏电电池片分析

  对在太阳电池测试中出现雪花状漏电的异常电池片进行酸抛处理,用H2O、HCl、HNO3、HF按1:1:1:1的比例混合成酸液,将背电场、电极、减反膜、p-n结及绒面酸洗抛光后进行如下测试。

  1.1光致发光(PL)测试

  将酸抛后的漏电电池硅片与正常硅片经同一制绒槽制绒后进行PL测试,测试结果如图1、图2所示。

  对比图1和图2可知,酸抛后的漏电电池硅片并未出现发黑区域,也未见其他异常,因此可认为酸抛后的漏电电池硅片PL测试合格。

  1.2酸抛后的漏电电池硅片参数测试

  漏电电池片酸抛后,对其进行少子寿命、电阻率及厚度测试,具体数据如表1所示。

  少子寿命达到合格的标准是大于1.2μs,但从表1测试数据来看,少子寿命存在不合格的情况,不良率为57.1%,不合格比例较高。

  1.3硅片面少子寿命测试

  图3为漏电电池片经酸抛后,测试其硅片的面少子寿命,均值为0.974μs;图4为正常硅片面少子寿命,均值为1.553μs。由于漏电电池片所使用硅片的少子寿命低于1.2μs,因此不满足合格标准。

  1.4硅片晶向、位错测试

  1)晶向测试。晶向测试是利用X射线仪进行晶向测定。其原理为:当一束平行的单色X射线射入晶体表面时,X射线照在相邻平面之间的光程差为其波长的整数倍时就会产生衍射。利用计数器探测衍射线,根据其出现的位置确定单晶的晶向。

  2)位错测试。位错测试是利用化学择优腐蚀来显示缺陷,试样经择优腐蚀液腐蚀后,在有缺陷的位置会被腐蚀成浅坑或丘,可采用目视法结合金相显微镜进行观察。

  对3片漏电电池片酸抛后进行晶向、位错测试,数据如表2所示。

  

  根据表2数据可知,晶向偏离度基本在1°以下,技术标准对晶向偏离度的要求通常为距离〈100〉晶向±3°,测试结果满足要求,且检测未发现位错。这说明漏电原因不是晶界问题引起的。

  1.5酸抛返工

  将酸抛后的漏电电池片重新进行生产线工艺加工,制成电池片后对其进行EL测试。对比图5、图6可知,生产线返工再次做成电池片,测试其EL依然有漏电。但与第一次制成的电池片的EL测试结果对比后发现,漏电点明显减少,但漏电并未因改变制作流程而消失,只是有所减轻,说明问题主要存在于硅片表层。

  

  2工艺排查分析

  2.1电性能参数对比

  将漏电电池片与正常电池片在同一测试条件下对比测试。表3为正常电池片与漏电电池片(未返工)的性能参数对比。

  由表3可知,漏电电池片的并联电阻较小、漏电电流基本都大于2A,说明此类电池片不合格。

  2.2生产工艺过程分析排查

  电池生产中产生漏电的因素主要包括:烧结温度过高、硅片本身制绒过深、烧结时造成烧穿、扩散很薄或无扩散,从而导致正电极和背电场导通[1]。因此,可从制绒、扩散和烧结工序做排查分析。

  2.2.1制绒工艺

  在显微镜下观察漏电电池片与正常电池片的绒面,图7为正常电池片的绒面,图8为漏电电池片的绒面。显微镜测试得到正常和异常片的金字塔大小皆处于1.769~2.491μm之间,因此符合标准要求(标准为1.5~3.0μm)。绒面整体未表现出明显异常,排除是制绒工艺造成的可能性。

  

  2.2.2扩散工序

  1)测试酸抛前的漏电电池片和正常电池片的方阻差异,测试时探针压在非栅线区。表4为电池片方阻测试数据。由表4可知,正常片和异常片的方阻值均分布在1.6~7.2Ω/□,生产线方阻测试的值通常在2.0~9.0Ω/□,对比后无明显差异,可认为漏电电池片的方阻正常。

  

  2)查取生产监控数据后发现,生产线正常生产抽检测试的扩散方阻无异常。因此,针对扩散均匀性较差的炉口进行测试验证。取制绒后待扩散的硅片放于扩散炉炉口位置,测试其扩散后的方阻,并测试成品电池的电性能、EL反向漏电情况。

  表5为扩散后的方阻测试数据。由表5可知,硅片扩散后测得的方阻介于91~103Ω/□之间。

 

  将炉口处的硅片制成电池后,测试电池的电性能,如表6所示。由表6可知,未出现漏电流Irev1、Irev2大于0.5A、并联电阻偏小的情况。所以不是扩散炉口位置出现的异常。

  对电池片进行EL反向测试,表7为电池片的反向漏电测试数据,该数据皆小于0.5A。扩散均匀度最差的炉口位置的硅片制成的电池片未出现雪花状漏电现象,排除是扩散工艺造成的可能性。

  2.2.3烧结工艺

  用同一片电池片验证生产线烧结炉工艺,取生产线编号为L2-1的电池片,测试其EL,分别在生产线L2-2、L1-1和L1-2进行重复烧结,EL反向漏电[2]如图9所示。

  从图9可以看出,烧结对电池片造成的影响与生产线发现的异常漏电电池片的特征不同,由此可以排除烧是结工艺造成的可能性。

  2.3量子效应测试

  图10为漏电电池与正常电池的外量子效率对比图。由图10可知,在整个波段,漏电电池片的外量子效率都比较低,单从数据无法判断出是哪个工序出现了异常。

  3成份分析

  利用ICP-MS(电感耦合等离子体质谱仪)分别测试酸抛后的正常电池片和3类雪花状漏电电池片的硅基体成份含量,具体数据如表8所示。

  从表8来看,漏电电池3的金属杂质含量偏高,主要是由于Ca、Cu、Mg、Ti和Zn的存在;漏电电池2主要是Cu的含量偏高;漏电电池1是经过深抛的硅片,未发现明显杂质含量,因此可以认

  为此杂质主要集中在硅片表面。硅片都是采用金刚线切割,金刚线母线的主要成分是Cu元素,硅片生产过程中无其他含铜物质,所以Cu2+是硅片切割线引入的,而切割只会磨损表面,测试到的杂质正是处于表层,因此可以判断,产生雪花状漏电的原因是由硅片切割引起的,而非硅棒自身的问题。

  4漏电电池可靠性分析

  4.1光衰实验

  选取正常电池片及漏电电流为0.5~1.5A范围内的电池片进行光衰实验[3],表9为光衰测试数据。

  由表9可知,漏电电流在0.5~1.5A之间的漏电电池片的衰减率比正常电池片高0.28%;漏电电池的衰减率标准为小于3%,因此漏电电池片的衰减不合格率为25%。

  4.2组件温度测试

  将漏电流在0.5~1.5A之间的4片电池片与同效率的正常电池片共同组成组件,通电后测试不同区域电池片的温度,如表10所示。组件通入工作电流后,记录其4天内的温度情况发现:组件中漏电电流为0.5~1.5A的电池片所在区域比正常电池片(一般漏电电流在0.2~0.5A)所在区域的工作温度高0.3℃。含有漏电电池片的组件与正常组件通电后,对比二者工作情况下的温度差异,具体如表11所示。由表11可知,漏电后漏电电池片所在组件的温度比正常组件的温度高约2.6℃。

  5结论

  1)本批次漏电电池片主要是硅片质量的问题,硅片少子寿命、电阻率均出现了不合格,少子寿命不合格比例较高。

  2)用重现性的方法排查硅片制绒、烧结和扩散工序,皆未出现雪花状漏电现象,由此可判断漏电异常并非因这些工序导致。

  3)从电池片成分分析数据来看,漏电电池片的金属杂质种类多且含量明显偏高。

  4)从一次制程和酸抛后二次制程的结果来看,电池片漏电问题并未因改变制程而消失,但漏电点明显减少。从漏电原理来看,本次雪花状漏电异片主要是由于硅片在生产过程中引入了金属杂质所致。

  5)从电池和组件的可靠性分析,漏电电流偏高的电池片在衰减率和工作温度方面均高于正常电池片,衰减不合格比例为25%,组件温度高0.3℃。

  国家电投集团西安太阳能电力有限公司

  姜倩

【责任编辑:sunnyz】
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关键字阅读: 电池EL 漏电
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