晶硅太陽(yáng)能電池光致衰減問(wèn)題討論

1、本文由floljf貢獻(xiàn)ppt文檔可能在WAP端瀏覽體驗(yàn)不佳。建議您優(yōu)先選擇TXT,或下載源文件到本機(jī)查看。光伏組件輸出功率光致衰減問(wèn)題的討論張光春陳如龍孫世龍李劍蔣仙溫建軍高瑞施正榮無(wú)錫尚德太陽(yáng)能電力有限公司報(bào)告內(nèi)容提要引言（一）P型（摻硼晶體硅太陽(yáng)電池初始光致衰減機(jī)理?yè)脚穑ǘ㏄型（摻硼晶體硅片少子壽命及太陽(yáng)電池光致衰減試驗(yàn)摻硼晶體硅片少子壽命及太陽(yáng)電池光致衰減試驗(yàn)（三）光伏組件的初始光致衰減試驗(yàn)（四）光伏組件輸出功率初始衰減問(wèn)題的解決方案2引言光伏組件輸出功率的衰減可分為兩個(gè)階段：光伏組件輸出功率的衰減可分為兩個(gè)階段：第一個(gè)階段，我們可以把它稱(chēng)作初始的光致衰減，第一個(gè)階段即光伏組件的輸出功

2、率在剛開(kāi)始使用的最初幾天內(nèi)發(fā)生較大幅度的下降，但隨后趨于穩(wěn)定。導(dǎo)致這一現(xiàn)象發(fā)生的主要原因是P型（摻硼）晶體硅片中的硼氧復(fù)合體降低了少子壽命。第二個(gè)階段，我們可以把它稱(chēng)作組件的老化衰減，第二個(gè)階段即在長(zhǎng)期使用中出現(xiàn)的極緩慢的功率下降，產(chǎn)生的主要原因與電池緩慢衰減有關(guān)，也與封裝材料的性能退化有關(guān)。3引言為什么光致衰減現(xiàn)象又被關(guān)注：P型（摻硼的太陽(yáng)電池的光致衰減現(xiàn)象是在七十年代發(fā)現(xiàn)的，為什么近期光伏產(chǎn)業(yè)界和研究機(jī)構(gòu)又對(duì)此產(chǎn)生了較大的關(guān)注呢？其主要原因是由于光致衰減導(dǎo)致的一些光伏組件的功率下降幅度遠(yuǎn)遠(yuǎn)超出了客戶(hù)所能接受的范圍，這就使組件制造商面臨著潛在的賠償風(fēng)險(xiǎn)。4引言導(dǎo)致光伏組件功率出現(xiàn)早期下降的主

3、要原因有：（一）硅片質(zhì)量差，導(dǎo)致電池出現(xiàn)較大幅度的初始光致5衰減；（二）組件制造工藝不合理，出現(xiàn)諸如電池片隱裂、EVA交聯(lián)度不好、脫層、焊接不良等質(zhì)量問(wèn)題.（三）些組件制造商功率測(cè)試不準(zhǔn)確或有意在輸出功率上虛報(bào)。一.P型（摻硼晶體硅太陽(yáng)電池初始光致衰減機(jī)理30多年前，H.FischerandW.Pschundei人首次觀(guān)察到P型（摻硼）晶體硅太陽(yáng)電池的初始光致衰減現(xiàn)象.6一.P型（摻硼晶體硅太陽(yáng)電池初始光致衰減機(jī)理大家基本一致的看法是：大家基本一致的看法是：光照或電流注入導(dǎo)致硅片中的硼和氧形成硼氧復(fù)合體，從而使少子壽命降低，引起電池轉(zhuǎn)換效率下降，但經(jīng)過(guò)退火處理，少子壽命又可被恢復(fù)，其可能的反應(yīng)

4、為：7光照或電流注入Bs+Bs+2Oi少子壽命高）（少子壽命高）退火處理BsO2i少子壽命低）（少子壽命低）一.P型（摻硼晶體硅太陽(yáng)電池初始光致衰減機(jī)理8據(jù)文獻(xiàn)中報(bào)道：據(jù)文獻(xiàn)中報(bào)道（一）含有硼和氧的硅片經(jīng)過(guò)光照后出現(xiàn)不同程度的衰減（如圖2、圖3、圖4所示）。硅片中的硼、氧含量越大，在光照或電流注入條件下產(chǎn)生的硼氧復(fù)合體越多，少子壽命降低的幅度就越大。（二）在低氧、摻錢(qián)、摻磷的硅片中少子壽命隨光照時(shí)間的衰減幅度極小。一.P型（摻硼晶體硅太陽(yáng)電池初始光致衰減機(jī)理9圖2低氧摻硼、有氧摻磷、有氧摻硼的Fz硅片和有氧摻硼Cz硅片少子壽命衰減隨光照時(shí)間的關(guān)系（2一.P型（摻硼晶體硅太陽(yáng)電池初始光致衰減機(jī)理

5、10圖3摻硼、摻錢(qián)、摻磷的Cz硅片和硼摻雜的MCZ硅光照前后少數(shù)載流子壽命的變化（3一.P型（摻硼晶體硅太陽(yáng)電池初始光致衰減機(jī)理11圖4不同硼摻雜濃度硅片的少子壽命隨時(shí)間的變化關(guān)系（4摻硼晶體硅片少子壽命及太陽(yáng)電池光致衰減試驗(yàn)二.P型（摻硼晶體硅片少子壽命及太陽(yáng)電池光致衰減試驗(yàn)（一）P型（摻硼）單/多晶硅片少子壽命的光致衰減試驗(yàn)1.原始硅片的光致衰減試驗(yàn)硅片不做任何處理，測(cè)試光照前和光照后的少子壽命。12試驗(yàn)結(jié)論：從圖5可以看出，單/多晶裸硅片若不經(jīng)過(guò)清洗鈍化，其少子壽命幾乎隨著光照時(shí)間變化不大，這是因?yàn)楣杵砻鎻?fù)合中心占主導(dǎo)地位，掩蓋了光照對(duì)體少子壽命的影響，因此對(duì)不經(jīng)過(guò)清洗、鈍化的裸硅片，

6、無(wú)法確定少子壽命與光照時(shí)間的對(duì)應(yīng)關(guān)系，也就無(wú)法判斷硅片的質(zhì)量.單晶裸硅片的少子壽命隨時(shí)間的衰減圖1.2多晶裸硅片的少子壽命隨時(shí)間的衰減圖1.21.01.00.80.8少子壽命us少子壽命us0.60.6M10.4M2M30.4M1M2M30.20.20.00.0010min30min1h時(shí)間H2h3h4h010min30min1h時(shí)間H2h3h4h圖5未經(jīng)清洗、鈍化的單/多晶裸硅片少子壽命隨時(shí)間的變化關(guān)系摻硼晶體硅片少子壽命及太陽(yáng)電池光致衰減試驗(yàn)二.P型（摻硼晶體硅片少子壽命及太陽(yáng)電池光致衰減試驗(yàn)132.表面鈍化硅片的光致衰減試驗(yàn)去除硅片損傷層+硅片清潔+硅片表面鈍化（碘酒），測(cè)試光照前和光照

7、后的少子壽命。試驗(yàn)結(jié)論：試驗(yàn)結(jié)論：140鈍化后單晶硅片少子壽命和光照時(shí)間的關(guān)系40鈍化后多晶硅片少子壽命衰減和時(shí)間的關(guān)系樣品1樣品135鈍化后硅片的表面復(fù)合已不占主要地位，占主要地位，而以體內(nèi)復(fù)合為主，為主，且硅片的體少子壽命隨光照而衰減。隨光照而衰減。不同質(zhì)量的材料在光照之后其少子壽命衰減幅度有較大差別，衰減幅度有較大差別，由此基本可以預(yù)測(cè)出用此硅片制作的電池的初始光致衰減的程度以及可達(dá)到的最高電池轉(zhuǎn)換效率。轉(zhuǎn)換效率。120樣品2100樣品2樣品3樣品3少子壽命us010min30min時(shí)間1h2h3h4h6h30少子壽命us2580206015401020500010min30min1h時(shí)

8、間2h3h4h6h圖6清洗、鈍化后單/多晶硅片少子壽命和光照時(shí)間的關(guān)系摻硼晶體硅片少子壽命及太陽(yáng)電池光致衰減試驗(yàn)二.P型（摻硼晶體硅片少子壽命及太陽(yáng)電池光致衰減試驗(yàn)3.表面鈍化硅片的光致衰減及退火恢復(fù)試驗(yàn)將這些光照衰減后的硅片進(jìn)行退火處理，硅片的壽命得到很大程度的恢復(fù)。這和文獻(xiàn)中的報(bào)道是一致的，如圖7所示。單晶硅片光照少子壽命恢復(fù)14403530少子壽命（us）2520151050光照前光照后硅片1硅片2硅片3退火后圖7單晶硅片少子壽命經(jīng)過(guò)退火后恢復(fù)摻硼晶體硅片少子壽命及太陽(yáng)電池光致衰減試驗(yàn)二.P型（摻硼晶體硅片少子壽命及太陽(yáng)電池光致衰減試驗(yàn)15（二）.P型（摻硼）單/多晶硅太陽(yáng)電池的初始光致

9、衰減試驗(yàn)1.未封裝的單晶硅單體太陽(yáng)電池的初始光致衰減試驗(yàn)單晶電池片光照前后I-V曲線(xiàn)6單晶電池片光照前后電池I-V曲線(xiàn)65544電流I電流I321000.20.4電壓V0.60.8光照前光照后3光照前21000.20.4電壓V0.60.8光照后圖10單品（相對(duì)衰減0.8%）電池I-V曲線(xiàn)圖8單晶電池（相對(duì)衰減5.7%）I-V曲線(xiàn)摻硼晶體硅片少子壽命及太陽(yáng)電池光致衰減試驗(yàn)二.P型（摻硼晶體硅片少子壽命及太陽(yáng)電池光致衰減試驗(yàn)2.未封裝的多晶硅單體太陽(yáng)電池的初始光致衰減試驗(yàn)多晶電池片光照前后I-V曲線(xiàn)6多晶電池片光照前后I-V曲線(xiàn)166554電流I4電流I321000.20.4電壓V0.60.8光照

10、前光照后光照前321000.20.4電壓V0.60.8光照后圖11多晶（相對(duì)衰減0.2%）的電池I-V曲線(xiàn)圖9多晶電池（相對(duì)衰減3.64%）的I-V曲線(xiàn)摻硼晶體硅片少子壽命及太陽(yáng)電池光致衰減試驗(yàn)二.P型（摻硼晶體硅片少子壽命及太陽(yáng)電池光致衰減試驗(yàn)3.光照前后電池片的量子效率對(duì)比光照后，長(zhǎng)波響應(yīng)變差，這表明光照后電池片體內(nèi)的少子壽命已發(fā)生了衰減。光照前后電池片的量子效率對(duì)比1.00.90.80.7IQE&EQE0.60.50.40.30.20.10.030040050060070鼓長(zhǎng)（nm80090010001100衰減前EQE衰減前IQE衰減后EQE衰減后IQE17摻硼晶體硅片少子壽命

11、及太陽(yáng)電池光致衰減試驗(yàn)二.P型（摻硼晶體硅片少子壽命及太陽(yáng)電池光致衰減試驗(yàn)4.電池片光照后的退火處理選取不同衰減程度的電池片進(jìn)行退火處理，效率也得到很大程度的恢復(fù)，這和文獻(xiàn)中的報(bào)道一致。單晶電池片效率衰減恢復(fù)圖17.016.516.0電池效率（%）15.515.014.514.013.5光照前光照后退火后樣品1樣品2樣品318當(dāng)前硅片質(zhì)量的狀況：1.主流電池片的相對(duì)衰減：?jiǎn)尉щ姵仄怀^(guò)主流電池片的相對(duì)衰減：1%,多晶電池片不超過(guò)0.5%0.5%。1%,多晶電池片不超過(guò)0.5%。某些質(zhì)量很差的硅片做成電池后，2.某些質(zhì)量很差的硅片做成電池后，其相對(duì)衰減接近6單品）4%（多晶），），這些衰減接近

12、6%（單晶）和4%（多品），這些衰減大的電池片是需要我們關(guān)注的。減大的電池片是需要我們關(guān)注的。個(gè)別質(zhì)量特別差的硅片做成電池后，3.個(gè)別質(zhì)量特別差的硅片做成電池后，其相對(duì)衰減超過(guò)1010%單品），），對(duì)這種特別超過(guò)10%（單晶），對(duì)這種特別差的材料進(jìn)行理化分析，發(fā)現(xiàn)其中的硼、行理化分析，發(fā)現(xiàn)其中的硼、磷等雜質(zhì)含量都是嚴(yán)重超標(biāo)。都是嚴(yán)重超標(biāo)。三.光伏組件的初始光致衰減試驗(yàn)20光伏組件的核心組成部分就是太陽(yáng)電池，如果太陽(yáng)電池的性能發(fā)生率減，就必然導(dǎo)致光伏組件的輸出功率下降，并極易在組件中引起熱斑.？若電池用與用之間電流不一致，在接了旁路二極管的組件特性曲線(xiàn)上可看到臺(tái)階曲線(xiàn)?通過(guò)測(cè)量光照前后組件的輸出

13、特性曲線(xiàn)和紅外成像分析，可以考察組件的初始光致率減現(xiàn)象.三.光伏組件的初始光致衰減試驗(yàn)（一）正常組件的輸出特性曲線(xiàn)及紅外成像21圖13正常組件的IV特性曲線(xiàn)圖14正常組件的紅外成像（溫度相差僅1.4C）三.光伏組件的初始光致衰減試驗(yàn)（二）組件光照后，輸出特性曲線(xiàn)及紅外成像a.如果電池的衰減基本一致，盡管輸出功率下降，但I(xiàn)-V曲線(xiàn)還是正常的，也無(wú)熱斑出現(xiàn)，其曲線(xiàn)和紅外圖像與正常組件類(lèi)似。b.如果電池的衰減不一致，將導(dǎo)致IV曲線(xiàn)出現(xiàn)臺(tái)階，如圖15所示22圖15小臺(tái)階大臺(tái)階三.光伏組件的初始光致衰減試驗(yàn)c.有熱斑組件的紅外成像對(duì)于出現(xiàn)臺(tái)階曲線(xiàn)的組件用紅外成像檢查，可發(fā)現(xiàn)有些組件出現(xiàn)熱斑，如圖16所示

14、：這種熱斑的溫度與周?chē)姵氐臏囟认嗖钶^大，過(guò)熱的區(qū)域可引起EVA加快老化變黃，使該區(qū)域透光率下降，從而使熱斑進(jìn)一步惡化，導(dǎo)致組件的早期失效。23異常組件的紅外成像，出現(xiàn)熱斑（溫度相差11.3C）圖16異常組件的紅外成像，出現(xiàn)熱斑（溫度相差C案例分析我們對(duì)某硅片供應(yīng)商提供的一批質(zhì)量極差的硅片進(jìn)行了全過(guò)程的跟蹤試驗(yàn)，將轉(zhuǎn)換效率為16.%的電池片，經(jīng)弱光光照1.5小時(shí)后（光源為節(jié)能燈11WX40只，發(fā)現(xiàn)電池片轉(zhuǎn)換效率大幅衰減，且離散性也很大，效率最高的為15.4%,最低的僅為13%,如圖17所示。360330300270240210180150120906030032927628027924數(shù)量18

15、01961229961475344715.415.21514.814.614.414.214轉(zhuǎn)換效率13.813.613.413.213圖17質(zhì)量極差的硅片做成的電池片，弱光光照后效率分布圖案例分析將光照后的電池重新檢測(cè)分檔，按轉(zhuǎn)換效率的分布情況做成14塊組件，組件經(jīng)太陽(yáng)光光照后的功率又進(jìn)一步下降，如圖18所示：25結(jié)論；結(jié)論；1.光照強(qiáng)度影響組件功率的衰減幅度.幅度.2.盡管普通的節(jié)能燈沒(méi)有使該電池片衰減到穩(wěn)定的程度，池片衰減到穩(wěn)定的程度，但是通過(guò)光照后二次分選剔出了效率衰減大的電池片，池片，使每個(gè)組件內(nèi)電池片性能基本一致。對(duì)這類(lèi)電池，一致。對(duì)這類(lèi)電池，如果不經(jīng)過(guò)光照和二次分選而直接做成組件

16、，和二次分選而直接做成組件，那些衰減較為嚴(yán)重的電池片，減較為嚴(yán)重的電池片，會(huì)分散在各個(gè)組件內(nèi)，組件內(nèi)，導(dǎo)致組件的整體功率下降更并將引起組件曲線(xiàn)異常和熱斑。多，并將引起組件曲線(xiàn)異常和熱斑。3.這批電池轉(zhuǎn)換效率衰減幅度在10%至U24位間之間!10%到24%之間!165160155151.38155.10153.29150.08148.13145.62145.93147.95149.29151.37151.55158.71157.17153.26152.95160.07155.00155.71162.01原始測(cè)試數(shù)據(jù)日照1天后數(shù)據(jù)日照2天后數(shù)據(jù)功率（W150143.78144.5414514013

17、513014.2%14.4%14.6%14.8唳換效率15.0%15.2%15.4%四.光伏組件輸出功率初始衰減的解決方案26太陽(yáng)電池性能的初始光致衰減現(xiàn)象主要發(fā)生在單晶硅太陽(yáng)電池上，對(duì)于多晶硅太陽(yáng)電池來(lái)講，其轉(zhuǎn)換效率的初始光致衰減幅度就很小。由此可見(jiàn)硅片自身的性質(zhì)決定了太陽(yáng)電池性能的初始光致衰減程度。因此要解決光伏組件的初始光致衰減問(wèn)題，就必須從解決硅片問(wèn)題入手，下面就幾個(gè)方案進(jìn)行討論。四.光伏組件輸出功率初始衰減的解決方案27（一）改進(jìn)摻硼P型直拉單晶硅棒的質(zhì)量在國(guó)內(nèi)，摻硼P型直拉單晶是目前硅棒市場(chǎng)的主流產(chǎn)品，單晶棒的質(zhì)量確實(shí)令人擔(dān)憂(yōu)，單晶棒制造商必須認(rèn)真對(duì)待這個(gè)問(wèn)題.其實(shí)直拉單晶工藝是很

18、成熟的，只要我們把好用料質(zhì)量關(guān)，按正規(guī)拉棒工藝生產(chǎn)，硅棒的質(zhì)量是可以得到較好控制的。建議如下：1.避免使用低質(zhì)量的多晶硅料2.嚴(yán)格控制摻入過(guò)多低電阻率N型硅料，如IC的廢N型硅片等，避免生產(chǎn)高補(bǔ)償?shù)腜型單晶棒，這種硅棒，盡管電阻率合適，但硼一氧濃度非常高，將導(dǎo)致太陽(yáng)電池性能出現(xiàn)較大幅度的初始光致衰減.3.提高拉棒工藝，減少晶體硅中氧含量，降低內(nèi)應(yīng)力，降低缺陷密度，改進(jìn)電阻率的均勻性。四.光伏組件輸出功率初始衰減的解決方案28（二）利用磁控直拉硅單晶工藝（MCZ）改進(jìn)單晶硅棒產(chǎn)品質(zhì)量此工藝不僅能控制單晶硅中的氧濃度，也使硅單品縱向、徑向電阻率均勻性得到改善，這種工藝已在國(guó)內(nèi)部分拉棒公司開(kāi)始試用。

19、四.光伏組件輸出功率初始衰減的解決方案29（三）利用區(qū)熔單晶硅工藝（FZ）改進(jìn)單晶硅棒產(chǎn)利用區(qū)熔單晶硅工藝（FZ）區(qū)熔單晶硅工藝品質(zhì)量區(qū)熔單晶硅工藝避免了直拉工藝中大量氧進(jìn)入硅晶體的固有缺陷，從而徹底解決了P型（摻硼）太陽(yáng)電池的初始光致衰減現(xiàn)象。因FZ工藝成本較高，主要用于IC和其它半導(dǎo)體器件的硅片制造，但目前已有公司對(duì)FZ工藝進(jìn)行相關(guān)改造，降低了成本，可適合于太陽(yáng)電池硅片的制造。國(guó)內(nèi)有技術(shù)實(shí)力的拉棒公司已開(kāi)展了這方面的試制工作.四.光伏組件輸出功率初始衰減的解決方案30（四）改變摻雜劑，用錢(qián)代替硼改變摻雜劑，用摻錢(qián)的硅片制作的電池，沒(méi)有發(fā)現(xiàn)太陽(yáng)電池的初始光致衰減現(xiàn)象，（見(jiàn)圖3）,因此改摻硼為

20、摻錢(qián)，也是解決太陽(yáng)電池初始光致衰減的辦法之一，國(guó)內(nèi)技術(shù)力量強(qiáng)的企業(yè)已在開(kāi)始做這方面的工作。四.光伏組件輸出功率初始衰減的解決方案31（五）使用摻磷的N型硅片代替摻硼的P型硅片使用摻磷的N型硅片代替摻硼的P使用N型硅片也是解決電池初試光致衰減問(wèn)題的方法之一，但從目前產(chǎn)業(yè)化的絲網(wǎng)印刷P型電池工藝來(lái)看,N型電池在轉(zhuǎn)換效率和制造成本上還沒(méi)有優(yōu)勢(shì)，一些關(guān)鍵工藝還有待解決.四.光伏組件輸出功率初始衰減的解決方案32（六）提高硅片的加工水平，改進(jìn)硅片性能的一致性.提高硅片的加工水平，改進(jìn)硅片性能的一致性.硅片質(zhì)量的改進(jìn)主要是提高少子壽命，上面討論的方案就是主要涉及少子壽命的改進(jìn)，除此之外，還有一些因素影響硅

21、片的質(zhì)量，如電阻率的均勻性，TV,TTV,幾何尺寸，內(nèi)應(yīng)力，表面清潔度，鋸痕等。建議硅片制造公司使用硅片分選機(jī)，將不同的硅片分類(lèi)，向客戶(hù)提供性能質(zhì)量一致的產(chǎn)品。四.光伏組件輸出功率初始衰減的解決方案（七）從電池效率分布看硅片性能的一致性.太陽(yáng)電池制造商不可能在來(lái)料抽檢過(guò)程中發(fā)現(xiàn)硅片的全部質(zhì)量問(wèn)題，但可以通過(guò)對(duì)每批電池效率的統(tǒng)計(jì)分析考察每批硅片質(zhì)量的一致性程度。33圖19電池效率分布，分布不對(duì)稱(chēng)，低檔電池比例大圖20電池效率分布，出現(xiàn)兩個(gè)峰值四.光伏組件輸出功率初始衰減的解決方案34（八）加強(qiáng)硅片質(zhì)量的監(jiān)督在目前，太陽(yáng)能級(jí)硅片的質(zhì)量幾乎處于無(wú)人監(jiān)管的狀態(tài)，好壞由客戶(hù)自己評(píng)價(jià)。我們建議國(guó)家盡快制定

22、出相關(guān)產(chǎn)品標(biāo)準(zhǔn)，建立質(zhì)量監(jiān)督機(jī)制，使我國(guó)的硅片加工產(chǎn)業(yè)健康持續(xù)發(fā)展。四.光伏組件輸出功率初始衰減的解決方案35（九對(duì)電池片進(jìn)行先前光照衰減？由于光伏組件的初始光致衰減是由電池的初始光致衰減導(dǎo)致的，對(duì)電池片進(jìn)行先前的光照，使電池的初始光致衰減發(fā)生在組件制造之前，光伏組件的初始光致衰減就非常小了，完全可以控制在測(cè)量誤差之內(nèi)。同時(shí)也大幅度地減少了光伏組件出現(xiàn)熱斑的幾率，提高了光伏組件的輸出穩(wěn)定性，為我們的用戶(hù)帶來(lái)更多的效益。？盡管先前光照衰減是一種亡羊補(bǔ)牢的方法，但在硅片質(zhì)量沒(méi)有得到有效的改善之前，使用此方法是解決光伏組件初始光致衰減問(wèn)題有效措施。在尚德公司，先前光照衰減的試驗(yàn)工作已完成，規(guī)?；墓?/p>

23、照衰減設(shè)備將陸續(xù)到位用于生產(chǎn)。36請(qǐng)產(chǎn)業(yè)鏈上的每位同仁高度重視自己的產(chǎn)品質(zhì)量，只有大家齊心協(xié)力，才能使光伏產(chǎn)業(yè)健康持續(xù)穩(wěn)定地發(fā)展.質(zhì)量是企業(yè)的生命，他掌握在你自己的手中！THANKYOU謝謝1本文由floljf貢獻(xiàn)ppt文檔可能在WAP端瀏覽體驗(yàn)不佳。建議您優(yōu)先選擇TXT,或下載源文件到本機(jī)查看。光伏組件輸出功率先致衰減問(wèn)題的討論張光春陳如龍孫世龍李劍蔣仙溫建軍高瑞施正榮無(wú)錫尚德太陽(yáng)能電力有限公司報(bào)告內(nèi)容提要引言（一）P型（摻硼晶體硅太陽(yáng)電池初始光致衰減機(jī)理?yè)脚穑ǘ㏄型（摻硼晶體硅片少子壽命及太陽(yáng)電池光致衰減試驗(yàn)摻硼晶體硅片少子壽命及太陽(yáng)電池光致衰減試驗(yàn)（三）光伏組件的初始光致衰減試驗(yàn)（四）

24、光伏組件輸出功率初始衰減問(wèn)題的解決方案2引言光伏組件輸出功率的衰減可分為兩個(gè)階段：光伏組件輸出功率的衰減可分為兩個(gè)階段：第一個(gè)階段，我們可以把它稱(chēng)作初始的光致衰減，第一個(gè)階段即光伏組件的輸出功率在剛開(kāi)始使用的最初幾天內(nèi)發(fā)生較大幅度的下降，但隨后趨于穩(wěn)定。導(dǎo)致這一現(xiàn)象發(fā)生的主要原因是P型（摻硼）晶體硅片中的硼氧復(fù)合體降低了少子壽命。第二個(gè)階段，我們可以把它稱(chēng)作組件的老化衰減，第二個(gè)階段即在長(zhǎng)期使用中出現(xiàn)的極緩慢的功率下降，產(chǎn)生的主要原因與電池緩慢衰減有關(guān)，也與封裝材料的性能退化有關(guān)。3引言為什么光致衰減現(xiàn)象又被關(guān)注：P型（摻硼的太陽(yáng)電池的光致衰減現(xiàn)象是在七十年代發(fā)現(xiàn)的，為什么近期光伏產(chǎn)業(yè)界和研究

25、機(jī)構(gòu)又對(duì)此產(chǎn)生了較大的關(guān)注呢？其主要原因是由于光致衰減導(dǎo)致的一些光伏組件的功率下降幅度遠(yuǎn)遠(yuǎn)超出了客戶(hù)所能接受的范圍，這就使組件制造商面臨著潛在的賠償風(fēng)險(xiǎn)。4引言導(dǎo)致光伏組件功率出現(xiàn)早期下降的主要原因有：（一）硅片質(zhì)量差，導(dǎo)致電池出現(xiàn)較大幅度的初始光致5衰減；（二）組件制造工藝不合理，出現(xiàn)諸如電池片隱裂、EVA交聯(lián)度不好、脫層、焊接不良等質(zhì)量問(wèn)題.（三）些組件制造商功率測(cè)試不準(zhǔn)確或有意在輸出功率上虛報(bào)。一.P型（摻硼晶體硅太陽(yáng)電池初始光致衰減機(jī)理30多年前，H.FischerandW.Pschunde等人首次觀(guān)察到P型（摻硼）晶體硅太陽(yáng)電池的初始光致衰減現(xiàn)象.6.P型（摻硼晶體硅太陽(yáng)電池初始光致

26、衰減機(jī)理大家基本一致的看法是：大家基本一致的看法是：光照或電流注入導(dǎo)致硅片中的硼和氧形成硼氧復(fù)合體，從而使少子壽命降低，引起電池轉(zhuǎn)換效率下降，但經(jīng)過(guò)退火處理，少子壽命又可被恢復(fù)，其可能的反應(yīng)為：7光照或電流注入Bs+Bs+2Oi少子壽命高）（少子壽命高）退火處理BsO2i少子壽命低）（少子壽命低）一.P型（摻硼晶體硅太陽(yáng)電池初始光致衰減機(jī)理8據(jù)文獻(xiàn)中報(bào)道：據(jù)文獻(xiàn)中報(bào)道（一）含有硼和氧的硅片經(jīng)過(guò)光照后出現(xiàn)不同程度的衰減（如圖2、圖3、圖4所示）。硅片中的硼、氧含量越大，在光照或電流注入條件下產(chǎn)生的硼氧復(fù)合體越多，少子壽命降低的幅度就越大。（二）在低氧、摻錢(qián)、摻磷的硅片中少子壽命隨光照時(shí)間的衰減幅

27、度極小。一.P型（摻硼晶體硅太陽(yáng)電池初始光致衰減機(jī)理9圖2低氧摻硼、有氧摻磷、有氧摻硼的Fz硅片和有氧摻硼Cz硅片少子壽命衰減隨光照時(shí)間的關(guān)系（2一.P型（摻硼晶體硅太陽(yáng)電池初始光致衰減機(jī)理10圖3摻硼、摻錢(qián)、摻磷的Cz硅片和硼摻雜的MCZ硅光照前后少數(shù)載流子壽命的變化（3一.P型（摻硼晶體硅太陽(yáng)電池初始光致衰減機(jī)理11圖4不同硼摻雜濃度硅片的少子壽命隨時(shí)間的變化關(guān)系（4摻硼晶體硅片少子壽命及太陽(yáng)電池光致衰減試驗(yàn)二.P型（摻硼晶體硅片少子壽命及太陽(yáng)電池光致衰減試驗(yàn)（一）P型（摻硼）單/多晶硅片少子壽命的光致衰減試驗(yàn)1.原始硅片的光致衰減試驗(yàn)硅片不做任何處理，測(cè)試光照前和光照后的少子壽命。12試

28、驗(yàn)結(jié)論：從圖5可以看出，單/多晶裸硅片若不經(jīng)過(guò)清洗鈍化，其少子壽命幾乎隨著光照時(shí)間變化不大，這是因?yàn)楣杵砻鎻?fù)合中心占主導(dǎo)地位，掩蓋了光照對(duì)體少子壽命的影響，因此對(duì)不經(jīng)過(guò)清洗、鈍化的裸硅片，無(wú)法確定少子壽命與光照時(shí)間的對(duì)應(yīng)關(guān)系，也就無(wú)法判斷硅片的質(zhì)量.單晶裸硅片的少子壽命隨時(shí)間的衰減圖1.2多晶裸硅片的少子壽命隨時(shí)間的衰減圖1.21.01.00.80.8少子壽命us少子壽命us0.60.6M10.4M2M30.4M1M2M30.20.20.00.0010min30min1h時(shí)間H2h3h4h010min30min1h時(shí)間H2h3h4h圖5未經(jīng)清洗、鈍化的單/多晶裸硅片少子壽命隨時(shí)間的變化關(guān)系摻

29、硼晶體硅片少子壽命及太陽(yáng)電池光致衰減試驗(yàn)二.P型（摻硼晶體硅片少子壽命及太陽(yáng)電池光致衰減試驗(yàn)132.表面鈍化硅片的光致衰減試驗(yàn)去除硅片損傷層+硅片清潔+硅片表面鈍化（碘灑），測(cè)試光照前和光照后的少子壽命。試驗(yàn)結(jié)論：試驗(yàn)結(jié)論：140鈍化后單晶硅片少子壽命和光照時(shí)間的關(guān)系40鈍化后多晶硅片少子壽命衰減和時(shí)間的關(guān)系樣品1樣品135鈍化后硅片的表面復(fù)合已不占主要地位，占主要地位，而以體內(nèi)復(fù)合為主，為主，且硅片的體少子壽命隨光照而衰減。隨光照而衰減。不同質(zhì)量的材料在光照之后其少子壽命衰減幅度有較大差別，衰減幅度有較大差別，由此基本可以預(yù)測(cè)出用此硅片制作的電池的初始光致衰減的程度以及可達(dá)到的最高電池轉(zhuǎn)換效

30、率。轉(zhuǎn)換效率。120樣品2100樣品2樣品3樣品3少子壽命us010min30min時(shí)間1h2h3h4h6h30少子壽命us2580206015401020500010min30min1h時(shí)間2h3h4h6h圖6清洗、鈍化后單/多晶硅片少子壽命和光照時(shí)間的關(guān)系摻硼晶體硅片少子壽命及太陽(yáng)電池光致衰減試驗(yàn)二.P型（摻硼晶體硅片少子壽命及太陽(yáng)電池光致衰減試驗(yàn)3.表面鈍化硅片的光致衰減及退火恢復(fù)試驗(yàn)將這些光照衰減后的硅片進(jìn)行退火處理，硅片的壽命得到很大程度的恢復(fù)。這和文獻(xiàn)中的報(bào)道是一致的，如圖7所示。單晶硅片光照少子壽命恢復(fù)14403530少子壽命（us）2520151050光照前光照后硅片1硅片2硅

31、片3退火后圖7單晶硅片少子壽命經(jīng)過(guò)退火后恢復(fù)摻硼晶體硅片少子壽命及太陽(yáng)電池光致衰減試驗(yàn)二.P型（摻硼晶體硅片少子壽命及太陽(yáng)電池光致衰減試驗(yàn)15（二）.P型（摻硼）單/多晶硅太陽(yáng)電池的初始光致衰減試驗(yàn)1.未封裝的單晶硅單體太陽(yáng)電池的初始光致衰減試驗(yàn)單晶電池片光照前后IV曲線(xiàn)6單晶電池片光照前后電池I-V曲線(xiàn)65544電流I電流I321000.20.4電壓V0.60.8光照前光照后3光照前21000.20.4電壓V0.60.8光照后圖10單品（相對(duì)衰減0.8%）電池I-V曲線(xiàn)圖8單晶電池（相對(duì)衰減5.7%）I-V曲線(xiàn)摻硼晶體硅片少子壽命及太陽(yáng)電池光致衰減試驗(yàn)二.P型（摻硼晶體硅片少子壽命及太陽(yáng)電池

32、光致衰減試驗(yàn)2.未封裝的多晶硅單體太陽(yáng)電池的初始光致衰減試驗(yàn)多品電池片光照前后I-V曲線(xiàn)6多晶電池片光照前后I-V曲線(xiàn)166554電流I4電流I321000.20.4電壓V0.60.8光照前光照后光照前321000.20.4電壓V0.60.8光照后圖11多品（相對(duì)衰減0.2%）的電池I-V曲線(xiàn)圖9多晶電池（相對(duì)衰減3.64%）的I-V曲線(xiàn)摻硼晶體硅片少子壽命及太陽(yáng)電池光致衰減試驗(yàn)二.P型（摻硼晶體硅片少子壽命及太陽(yáng)電池光致衰減試驗(yàn)3.光照前后電池片的量子效率對(duì)比光照后，長(zhǎng)波響應(yīng)變差，這表明光照后電池片體內(nèi)的少子壽命已發(fā)生了衰減。光照前后電池片的量子效率對(duì)比1.00.90.80.7IQE&

33、;EQE0.60.50.40.30.20.10.0300400500600700波長(zhǎng)（nm80090010001100衰減前EQE衰減前IQE衰減后EQE衰減后IQE17摻硼晶體硅片少子壽命及太陽(yáng)電池光致衰減試驗(yàn)二.P型（摻硼晶體硅片少子壽命及太陽(yáng)電池光致衰減試驗(yàn)4.電池片光照后的退火處理選取不同衰減程度的電池片進(jìn)行退火處理，效率也得到很大程度的恢復(fù)，這和文獻(xiàn)中的報(bào)道一致。單晶電池片效率衰減恢復(fù)圖17.016.516.0電池效率（%）15.515.014.514.013.5光照前光照后退火后樣品1樣品2樣品318當(dāng)前硅片質(zhì)量的狀況：1.主流電池片的相對(duì)衰減：?jiǎn)尉щ姵仄怀^(guò)主流電池片的相對(duì)衰減

34、：1%,多晶電池片不超過(guò)0.5%0.5%。1%,多晶電池片不超過(guò)0.5%。某些質(zhì)量很差的硅片做成電池后，2.某些質(zhì)量很差的硅片做成電池后，其相對(duì)衰減接近6單晶）4%（多品），），這些衰減接近6%（單晶）和4%（多品），這些衰減大的電池片是需要我們關(guān)注的。減大的電池片是需要我們關(guān)注的。個(gè)別質(zhì)量特別差的硅片做成電池后，3.個(gè)別質(zhì)量特別差的硅片做成電池后，其相對(duì)衰減超過(guò)1010%單晶），），對(duì)這種特別超過(guò)10%（單晶），對(duì)這種特別差的材料進(jìn)行理化分析，發(fā)現(xiàn)其中的硼、行理化分析，發(fā)現(xiàn)其中的硼、磷等雜質(zhì)含量都是嚴(yán)重超標(biāo)。都是嚴(yán)重超標(biāo)。三.光伏組件的初始光致衰減試驗(yàn)20光伏組件的核心組成部分就是太陽(yáng)電池，

35、如果太陽(yáng)電池的性能發(fā)生率減，就必然導(dǎo)致光伏組件的輸出功率下降，并極易在組件中引起熱斑.？若電池用與用之間電流不一致，在接了旁路二極管的組件特性曲線(xiàn)上可看到臺(tái)階曲線(xiàn)”。？通過(guò)測(cè)量光照前后組件的輸出特性曲線(xiàn)和紅外成像分析,可以考察組件的初始光致率減現(xiàn)象.三.光伏組件的初始光致衰減試驗(yàn)（一）正常組件的輸出特性曲線(xiàn)及紅外成像21圖13正常組件的IV特性曲線(xiàn)圖14正常組件的紅外成像（溫度相差僅1.4C）三.光伏組件的初始光致衰減試驗(yàn)（二）組件光照后，輸出特性曲線(xiàn)及紅外成像a.如果電池的衰減基本一致，盡管輸出功率下降，但I(xiàn)-V曲線(xiàn)還是正常的，也無(wú)熱斑出現(xiàn)，其曲線(xiàn)和紅外圖像與正常組件類(lèi)似。b.如果電池的衰減

36、不一致，將導(dǎo)致IV曲線(xiàn)出現(xiàn)臺(tái)階，如圖15所示22圖15小臺(tái)階大臺(tái)階三.光伏組件的初始光致衰減試驗(yàn)c.有熱斑組件的紅外成像對(duì)于出現(xiàn)臺(tái)階曲線(xiàn)的組件用紅外成像檢查，可發(fā)現(xiàn)有些組件出現(xiàn)熱斑，如圖16所示：這種熱斑的溫度與周?chē)姵氐臏囟认嗖钶^大，過(guò)熱的區(qū)域可引起EVA加快老化變黃，使該區(qū)域透光率下降，從而使熱斑進(jìn)一步惡化，導(dǎo)致組件的早期失效。23異常組件的紅外成像，出現(xiàn)熱斑（溫度相差11.3C）圖16異常組件的紅外成像，出現(xiàn)熱斑（溫度相差C案例分析我們對(duì)某硅片供應(yīng)商提供的一批質(zhì)量極差的硅片進(jìn)行了全過(guò)程的跟蹤試驗(yàn)，將轉(zhuǎn)換效率為16.%的電池片，經(jīng)弱光光照1.5小時(shí)后（光源為節(jié)能燈11WX40只，發(fā)現(xiàn)電池片

37、轉(zhuǎn)換效率大幅衰減，且離散性也很大，效率最高的為15.4%,最低白勺僅為13%,如圖17所示。36033030027024021018015012090603003292762802792數(shù)量1801961229961475344715.415.21514.814.614.414.214轉(zhuǎn)換效率13.813.613.413.213圖17質(zhì)量極差的硅片做成的電池片，弱光光照后效率分布圖案例分析將光照后的電池重新檢測(cè)分檔，按轉(zhuǎn)換效率的分布情況做成14塊組件，組件經(jīng)太陽(yáng)光光照后的功率又進(jìn)一步下降，如圖18所示：25結(jié)論；結(jié)論；1.光照強(qiáng)度影響組件功率的衰減幅度.幅度.2.盡管普通的節(jié)能燈沒(méi)有使該電池片

38、衰減到穩(wěn)定的程度，池片衰減到穩(wěn)定的程度，但是通過(guò)光照后二次分選剔出了效率衰減大的電池片，池片，使每個(gè)組件內(nèi)電池片性能基本一致。對(duì)這類(lèi)電池，致。對(duì)這類(lèi)電池，如果不經(jīng)過(guò)光照和二次分選而直接做成組件，和二次分選而直接做成組件，那些衰減較為嚴(yán)重的電池片，減較為嚴(yán)重的電池片，會(huì)分散在各個(gè)組件內(nèi)，組件內(nèi)，導(dǎo)致組件的整體功率下降更并將引起組件曲線(xiàn)異常和熱斑。多，并將引起組件曲線(xiàn)異常和熱斑。3.這批電池轉(zhuǎn)換效率衰減幅度在10%到24%之間之間！10%至U24%之間！165160155151.38155.10153.29150.08148.13145.62145.93147.95149.29151.37151.

39、55158.71157.17153.26152.95160.07155.00155.71162.01原始測(cè)試數(shù)據(jù)日照1天后數(shù)據(jù)日照2天后數(shù)據(jù)功率（W150143.78144.5414514013513014.2%14.4%14.6%14.8%專(zhuān)換效率15.0%15.2%15.4%四.光伏組件輸出功率初始衰減的解決方案26太陽(yáng)電池性能的初始光致衰減現(xiàn)象主要發(fā)生在單晶硅太陽(yáng)電池上，對(duì)于多晶硅太陽(yáng)電池來(lái)講，其轉(zhuǎn)換效率的初始光致衰減幅度就很小。由此可見(jiàn)硅片自身的性質(zhì)決定了太陽(yáng)電池性能的初始光致衰減程度。因此要解決光伏組件的初始光致衰減問(wèn)題，就必須從解決硅片問(wèn)題入手，下面就幾個(gè)方案進(jìn)行討論。四.光伏組件

40、輸出功率初始衰減的解決方案27（一）改進(jìn)摻硼P型直拉單晶硅棒的質(zhì)量在國(guó)內(nèi)，摻硼P型直拉單晶是目前硅棒市場(chǎng)的主流產(chǎn)品，單晶棒的質(zhì)量確實(shí)令人擔(dān)憂(yōu)，單晶棒制造商必須認(rèn)真對(duì)待這個(gè)問(wèn)題.其實(shí)直拉單晶工藝是很成熟的，只要我們把好用料質(zhì)量關(guān)，按正規(guī)拉棒工藝生產(chǎn)，硅棒的質(zhì)量是可以得到較好控制的。建議如下：1.避免使用低質(zhì)量的多晶硅料2.嚴(yán)格控制摻入過(guò)多低電阻率N型硅料，如IC的廢N型硅片等，避免生產(chǎn)高補(bǔ)償?shù)腜型單晶棒，這種硅棒，盡管電阻率合適，但硼-氧濃度非常高，將導(dǎo)致太陽(yáng)電池性能出現(xiàn)較大幅度的初始光致衰減.3.提高拉棒工藝，減少晶體硅中氧含量，降低內(nèi)應(yīng)力，降低缺陷密度，改進(jìn)電阻率的均勻性。四.光伏組件輸出功率初始衰減的解決方案28（二）利用磁控直拉硅單晶工藝（MCZ）改進(jìn)單晶硅棒產(chǎn)品質(zhì)量此工藝不僅能控制單晶硅中