N型太陽電池漏電的表征及應對措施

李永超 張東升

摘要本文 通過描述N型太陽電池漏電現象，分析晶硅太陽電池生產過程中可能產生的漏電原因及預防措施。通過驗證發現生產過程中金屬雜質的污染對N型太陽電池的漏電影響最為嚴重，其次刻蝕效果不佳等情況也會產生漏電，這些都嚴重影響電池片的品質。

【關鍵詞】N型太陽電池 漏電 暗電流 反向EL

N型太陽電池是在堿式化學制絨的N型硅片上，通過硼磷管式分步擴散制備正面P型發射結和背面N+區，然后通過PECVD技術在前后表面制備鈍化層和減反膜，正反面電極使用常規絲網印刷工藝完成。由于N型太陽電池在制備過程中工藝復雜，時間長，所以電池造成缺陷的原因更不容易被查找出來。

在N型太陽電池的生產過程中，漏電流過大一直是主要問題。晶體硅太陽電池的漏電流也叫旁路結，是因為太陽電池的P-N結被短路而使光生載流子復合的一種現象，嚴重影響著太陽電池的正常工作。如果漏電流過大，旁路結相當于一個負載在工作，會產生大量的熱，使光伏組件或系統存在嚴重的安全隱患。因此在N型太陽電池生產過程中漏電流過大的問題亟待解決。

本文主要針對生產過程中出現的漏電表征進行分析，并且查找原因。

1 N型太陽電池漏電表征

EL測試是表征太陽能電池及組件的一種非常有效的方法。當對電池施加正向偏壓時，其發光波長與基底材料禁帶寬度相對應，如晶硅太陽電池，它的發光波長處于900-llOOnm左右的紅外波段;當對電池施加反向偏壓時，電池中的一些缺陷，特別是金屬沉淀，會因漏電流增大而發光。對EL圖像進行分析，可發現電池片及其組件中可能存在的缺陷。

對N型太陽電池生產過重中出現的漏電流過大的電池測量反向EL，發現漏電表征中主要存在以下幾種，包括中心漏電、點狀漏電、邊緣漏電等。

2 減少漏電的措施

2.1 濕法刻蝕工藝的優化

濕法刻蝕工藝在P型太陽電池生產中也有用到，其在N型太陽電池生產中是借助腐蝕液與硅片的化學反應腐蝕掉P擴散繞擴形成N+區，并通過HF清洗掉硅片表面的反應殘留物?？涛g的深度主要通過藥液的配比和溫度的高低來調整，反應殘留物的清洗效果主要受堿液和HF濃度的影響。

刻蝕的深度是通過對腐蝕量的計算得來的，高腐蝕量會對漏電的降低有一定的好處，但也相應地會帶來一些負面影響，比如，帶速的降低會影響產能，溫度升高會影響腐蝕量的穩定性，等等。所以不僅需要穩定腐蝕量，還要對溫度、帶速等參數進行監控

HF濃度是使用Metrohm自動滴定系統進行檢測的，通過跟蹤幾個維護周期內的HF濃度，發現初配的HF濃度偏低，然后慢慢增加，從最初的約lOOmg/L漲到約200mg/L。在這幾個維護周期內漏電變化不明顯，說明只要保證一定濃度的HF就能洗掉刻蝕槽的反應物。

除了以上藥液對刻蝕效果有影響外，水的清洗也至關重要，所以要加大更換純水的更換頻次。

2.2 爐管清洗

爐管清洗是為了清除爐管中累積的重金屬，達到提高工藝穩定性、降低生產中N型太陽電池的漏電流的目的。爐管清洗工藝是在高溫條件下首先向爐管內通入氧氣，然后再通過氮氣攜帶通入二氯乙烯，最后再通入水氣。工藝過程中通過二氯乙烯和氧氣在高溫下的反應可以去除爐管中的堿金屬離子和有機物殘余，然后再通過長時間通入氧氣可以去除爐管中二氯乙烯的殘余，最后再通過通入的水氣可以去除爐管中的重金屬離子。

爐管清洗不僅有利于漏電流的降低，還可以減少表面不合格的產生，穩定方阻，所以定期清洗爐管有利于提高電池生產的合格率。

2.3 提高等離子刻蝕密封性

等離子刻蝕對N型太陽電池漏電影響較大，其在B擴散后對硅片周邊的P-N結進行刻蝕。等離子刻蝕的密封性至關重要。當石英管密封性差時，管內的壓強增大，刻蝕效果會隨壓強增大逐漸變差。這是因為隨著壓強的增大，反應氣體濃度增加，從而使被分解的離子受到碰撞的機率也增加，不僅損失了較多的能量，而且使離子間重新復合的速度也增加了，降低了a-Si表面的離子通量，所以刻蝕速率會有所下降。同時壓強增大，駐留時間會增加，反應后的生成物被吸附時間會有所增加，這也會對刻蝕速率有所影響。

當等離子刻蝕管內密封性逐漸變差時，輝光的顏色會由乳白色逐漸變成粉紅色，所以定期檢查輝光顏色會對N型太陽電池漏電的降低產生積極的影響。

2.4 杜絕金屬雜質的污染

N型太陽電池不僅要經過生成N+區的P擴散，而且還要經過生成PN結的B擴散。兩次擴散都要經過高溫，加之B擴散的溫度更高，所以金屬雜質的污染會對N型太陽電池產生更大的影響。

金屬雜質的污染主要是由于設備老化，并且大部分是由化學工序造成的。N型太陽電池在高溫擴散前需要或經過堿式制絨、或經過背面拋光、或經過濕法刻蝕，其中在這些工序中與硅片一起參與到化學反應中的載具、部件的老化是金屬雜質污染的主要來源。如發現載片籃具和傳輸滾輪出現黑心，這是由于包在外層的材料已經出現了隱裂，內部金屬被腐蝕。這些滲漏的金屬雜質會污染整個藥液槽，影響連續的幾批片源，或者影響整條生產線，所以在N型太陽電池的生產過程中，檢查設備老化是否有金屬滲漏十分重要。

被污染的藥液槽如果只經過簡單的沖洗可能不會將金屬雜質徹底清理干凈，所以可以采用泡槽工藝。其中制絨和刻蝕槽可以采用5：2體積比的HCL+H2O2，堿槽可以采用5：2體積比的KOH+H202，并適量添加一些純水，浸泡1-2小時。

3 結論

由于N型太陽電池的生產工藝相比P型太陽電池需要經過更高溫度的B擴散，所以金屬雜質對N型太陽電池的影響更為嚴重。金屬雜質的污染主要是由于設備老化滲漏造成的，所以在N型太陽電池的生產過程中對設備的檢查尤其重要，另外爐管清洗和泡槽工藝也是防止金屬離子對硅片污染的有效方法。濕法刻蝕和等離子刻蝕在N型太陽電池的生產工藝中都有用到，控制方法和檢查措施與P型太陽電池中類似。

參考文獻

[1]金井升，蘇碧芬，李軍勇，趙汝強，沈輝，單晶硅太陽電池漏電流的紅外熱成像儀檢測[C].第十屆中國太陽能光伏會議論文集，2008，86-91.

[2]張立祥，王海濤，王尤海，夏慶峰，排氣方式及工藝參數對等離子體刻蝕a-Si均一性的影響[J]，液晶與顯示，2016， 31 （12）： 1112-1117.