晶體硅太陽能電池片老化特性研究

翟金葉

摘 要：近年來，太陽能光伏應用發展迅速，截止2016年底，全球光伏裝機量高達77.42GW，在能源結構中所占的比例逐漸上升。然而，在快速發展的同時，太陽能電池的可靠性存在著較大的隱患，主要表現為兩種形式，一種是非太陽能電池片部分的老化，如封裝材料、互連材料、玻璃蓋板等材料的老化或損壞；另一種是太陽能電池片部分的老化，如p-n結內的漏電現象、表面與界面處的缺陷增多等。本文就晶體硅太陽能電池片老化特性進行了分析和探討。

關鍵詞：太陽能電池；晶體硅；電池片老化

中圖分類號：TM914 文獻標識碼：A 文章編號：1671-2064（2018）05-0201-02

1 試驗方法

1.1 電池片制作

選取尺寸為6英寸（15.24cm）1/9大小的多晶硅片和5英寸（12.7cm）1/4大小的單晶硅片，經清洗、制絨、擴散、刻蝕和鍍減反射膜制作初步的電池片，其電池的方阻為80Ω/□。再利用4種不同水煮特性的鋁背場漿料（編號分別為AL-1、AL-2、AL-3、AL-4），用相同的背銀和正銀電極，經絲網印刷、燒結工藝制作出多晶硅電池片，類似地，用AL-1類型鋁漿與相同的背銀和正銀電極制作單晶電池片。其中印刷網版為360目（40μm），柵線寬度為80μm，9溫區紅外隧道燒結爐的各溫區設置分別為：320，340，350，520，570，610，650，790和900℃，燒結爐傳送帶速度為6.1m/min。

1.2 水煮試驗

將4種不同鋁背場的多晶硅電池片同時放入80℃的數顯恒溫水浴鍋中，記錄電池片水煮40min過程中，鋁背場產生氣泡、脫粉以及網帶印的時間，并觀察水煮后電池片的外觀和測試其電學性能。

1.3 冷-熱循環試驗

在所制備的4種多晶硅及單晶硅電池片中，每組各自取8片，再根據GB/T9535-2005/IEC61215-2005中的冷-熱循環試驗條件進行冷-熱循環試驗，在相對濕度小于60%的情況下，電池片放置在minicool型高低溫試驗箱中，在（-40±2）℃和（85±2）℃溫度之間不斷循環，并保證在兩個極端溫度的保持時間15min，一次循環約4h。每循環5次取出樣品進行電性能測試。

1.4 濕熱試驗

濕熱試驗也稱雙85試驗，基于GB/T9535-2005/IEC61215-2005中的濕熱試驗條件下，類比冷-熱循環試驗，每組各選取8片電池片，將其置于85℃，85%RH的恒溫恒濕試驗箱中，每濕熱50h取出進行電性能測試。

1.5 性能表征

電池性能測試用電池綜合參數測試儀（型號：GSCT-B）在溫度為25℃，光照強度為0.1W/cm2下進行測試，分析太陽能電池老化前后轉換效率Eff、填充因子FF、開路電壓Voc、短路電流Isc、串聯電阻Rs、并聯電阻Rsh等重要參數的變化；同時使用電致發光（EL）測試儀測試太陽能電池在不同老化時間的EL特性。

2 結果與討論

2.1 不同鋁背場多晶硅電池片的水煮特性

4種不同鋁背場多晶硅電池片的水煮變化狀況如表1所示，從表1中可發現，AL-1、AL-2兩種電池水煮特性。

池片在水煮過程中出現氣泡、脫粉、網帶印的時間比較接近，水煮40min后這兩種電池片呈現出較明顯的網帶印，而AL-3電池片水煮時發生反應的時間較長，水煮30min后才發生反應，水煮后的網帶印也很淺；AL-4電池片表現最好，整個水煮過程中都沒有發生化學反應，其水煮后的外觀如圖1所示，可直觀地看出4種電池片水煮性能由好到差為AL-4、AL-3、AL-1、AL-2。水煮試驗反應出鋁背場的濕熱穩定性，水煮時鋁背場的化學反應如下：

2Al（s）+6H2O（l）→2Al（OH）3（s）+3H2（g）

用于制作鋁背場的鋁漿是由鋁粉、玻璃粉和有機載體等組成的，4種鋁漿的不同之處在于玻璃粉不同，玻璃在電池燒結過程中起助熔和形成牢固鋁膜的作用，因此，4種鋁背場的致密性和鋁膜的氧化程度不同。致密度較差和氧化不夠的鋁膜，水煮時水分子易透過間隙，與鋁顆粒發生反應，產生氣泡，并脫粉，隨后鋁背場表面逐漸形成網帶印。可見，電池片在燒結時，鋁膜表面的氧化程度和致密度等因素對鋁背場的水煮特性有直接的影響，鋁背場耐水煮特性好，說明鋁膜的穩定性好。

表2反映出電池片水煮前后電學性能變化，可以看出AL-1、AL-2、AL-3、AL-4電池片的效率衰減率依次為-0.59%， 1.11%，0.31%和0，基本上和電池片的水煮特性相一致。

2.2 4種多晶硅電池片的冷-熱循環特性

在冷-熱循環試驗過程中，4種多晶硅電池片的效率衰減率的變化趨勢如圖1所示（衰減率是相對于老化前的初始效率）。從圖1可看出，在0～40次冷-熱循環過程中，電池片的效率衰減率明顯增大，而在40次冷-熱循環后其衰減趨于穩定，AL-2和AL-4電池片的冷-熱循環老化特性較好，AL-3電池片所表現的老化特性最差。試驗前后AL-2與AL-4的電池效率衰減率分別為-10.73%和-10.50%，而AL-1和AL-3樣品的效率衰減率較大，為-12.36%和-12.98%。由此得出4種電池片的熱循環老化特性由好到差依次為：AL-4、AL-2、AL-1、AL-3，說明電池的冷-熱循環衰減特性與電池的鋁背場的配方組分有較大關系，但與背場的水煮特性無直接關系。

電池片冷-熱循環老化特性的較大差異，一是由于冷-熱循環條件作用下，多晶硅片存在較多的晶界與位錯缺陷得以惡化，形成少子復合中心，捕獲大量的電子與空穴，使該區域沒有激發出1150nm的紅外光子，導致CCD相機無法捕捉到紅外光，EL圖呈現較多黑斑缺陷；另外，由于4種鋁漿制備過程中所引進的雜質元素含量與種類不同，不同濃度的雜質元素形成少子復合中心，會降低基區的少子壽命，從而使4種電池片EL圖呈現不同程度的黑斑，表現出不同的冷-熱老化特性。

3 結語

不同鋁背場材料的電池片水煮特性有所不同，水煮特性較好的電池片表現出較好的濕熱老化特性，但電池片的冷-熱循環老化特性與其水煮特性無直接關系，主要與電池的缺陷種類和雜質含量有關。

參考文獻

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