太陽電池EL漏電分析及可靠性評估

2018-11-29 02:33:02

太陽能 2018年11期

0 引言

目前規模生產的太陽電池的質量主要是從外觀和電致發光(EL)兩方面做判定。EL不良率是影響生產線合格率的主要因素之一，其問題的解決一直是困擾生產線的難題，查找原因、改善和解決問題是生產線一直探究的方向。本文主要針對太陽電池測試中出現的雪花狀漏電問題展開分析，并對此類電池的可靠性進行了評估。

1 漏電電池片分析

對在太陽電池測試中出現雪花狀漏電的異常電池片進行酸拋處理，用H2O、HCl、HNO3、HF按1∶1∶1∶1的比例混合成酸液，將背電場、電極、減反膜、p-n結及絨面酸洗拋光后進行如下測試。

1.1 光致發光(PL)測試

將酸拋后的漏電電池硅片與正常硅片經同一制絨槽制絨后進行PL測試，測試結果如圖1、圖2所示。

對比圖1和圖2可知，酸拋后的漏電電池硅片并未出現發黑區域，也未見其他異常，因此可認為酸拋后的漏電電池硅片PL測試合格。

圖1 酸拋后的漏電電池硅片PL測試

圖2 正常硅片PL測試

1.2 酸拋后的漏電電池硅片參數測試

漏電電池片酸拋后，對其進行少子壽命、電阻率及厚度測試，具體數據如表1所示。

表1 酸拋后的漏電電池硅片性能參數

少子壽命達到合格的標準是大于1.2 μs，但從表1測試數據來看，少子壽命存在不合格的情況，不良率為57.1%，不合格比例較高。

1.3 硅片面少子壽命測試

圖3 漏電電池片酸拋后的硅片面少子壽命

圖4 正常硅片的面少子壽命

圖3為漏電電池片經酸拋后，測試其硅片的面少子壽命，均值為0.974 μs；圖4為正常硅片面少子壽命，均值為1.553 μs。由于漏電電池片所使用硅片的少子壽命低于1.2 μs，因此不滿足合格標準。

1.4 硅片晶向、位錯測試

1)晶向測試。晶向測試是利用X射線儀進行晶向測定。其原理為：當一束平行的單色X射線射入晶體表面時，X射線照在相鄰平面之間的光程差為其波長的整數倍時就會產生衍射。利用計數器探測衍射線，根據其出現的位置確定單晶的晶向。

2)位錯測試。位錯測試是利用化學擇優腐蝕來顯示缺陷，試樣經擇優腐蝕液腐蝕后，在有缺陷的位置會被腐蝕成淺坑或丘，可采用目視法結合金相顯微鏡進行觀察。

對3片漏電電池片酸拋后進行晶向、位錯測試，數據如表2所示。

表2 晶向、位錯測試數據

根據表2數據可知，晶向偏離度基本在1o以下，技術標準對晶向偏離度的要求通常為距離〈100〉晶向±3o，測試結果滿足要求，且檢測未發現位錯。這說明漏電原因不是晶界問題引起的。

1.5 酸拋返工

將酸拋后的漏電電池片重新進行生產線工藝加工，制成電池片后對其進行EL測試。

對比圖5、圖6可知，生產線返工再次做成電池片，測試其EL依然有漏電。但與第一次制成的電池片的EL測試結果對比后發現，漏電點明顯減少，但漏電并未因改變制作流程而消失，只是有所減輕，說明問題主要存在于硅片表層。

圖5 第一次制成的電池片的EL測試結果

圖6 返工后的電池片EL測試結果

2 工藝排查分析

2.1 電性能參數對比

將漏電電池片與正常電池片在同一測試條件下對比測試。表3為正常電池片與漏電電池片(未返工)的性能參數對比。

表3 正常電池片與漏電電池片性能參數對比

由表3可知，漏電電池片的并聯電阻較小、漏電電流基本都大于2 A，說明此類電池片不合格。

2.2 生產工藝過程分析排查

電池生產中產生漏電的因素主要包括：燒結溫度過高、硅片本身制絨過深、燒結時造成燒穿、擴散很薄或無擴散，從而導致正電極和背電場導通[1]。因此，可從制絨、擴散和燒結工序做排查分析。

2.2.1 制絨工藝

在顯微鏡下觀察漏電電池片與正常電池片的絨面，圖7為正常電池片的絨面，圖8為漏電電池片的絨面。顯微鏡測試得到正常和異常片的金字塔大小皆處于1.769～2.491 μm之間，因此符合標準要求(標準為1.5～3.0 μm)。絨面整體未表現出明顯異常，排除是制絨工藝造成的可能性。

圖7 正常電池片的絨面

圖8 漏電電池片的絨面

2.2.2 擴散工序

1)測試酸拋前的漏電電池片和正常電池片的方阻差異，測試時探針壓在非柵線區。表4為電池片方阻測試數據。由表4可知，正常片和異常片的方阻值均分布在1.6～7.2 Ω/□，生產線方阻測試的值通常在2.0～9.0 Ω/□，對比后無明顯差異，可認為漏電電池片的方阻正常。

表4 電池片方阻測試數據

2)查取生產監控數據后發現，生產線正常生產抽檢測試的擴散方阻無異常。因此，針對擴散均勻性較差的爐口進行測試驗證。取制絨后待擴散的硅片放于擴散爐爐口位置，測試其擴散后的方阻，并測試成品電池的電性能、EL反向漏電情況。

表5為擴散后的方阻測試數據。由表5可知，硅片擴散后測得的方阻介于91～103 Ω/□之間。

表5 爐口位置硅片擴散后的方阻測試數據

將爐口處的硅片制成電池后，測試電池的電性能，如表6所示。由表6可知，未出現漏電流Irev1、Irev2大于0.5 A、并聯電阻偏小的情況。所以不是擴散爐口位置出現的異常。

表6 電池片的電性能測試數據

對電池片進行EL反向測試，表7 為電池片的反向漏電測試數據，該數據皆小于0.5 A。擴散均勻度最差的爐口位置的硅片制成的電池片未出現雪花狀漏電現象，排除是擴散工藝造成的可能性。

2.2.3 燒結工藝

用同一片電池片驗證生產線燒結爐工藝，取生產線編號為L2-1的電池片，測試其EL，分別在生產線L2-2、L1-1和L1-2進行重復燒結，EL反向漏電[2]如圖9所示。

表7 電池片反向漏電測試數據對比

圖9 不同燒結情況下的EL反向漏電圖

從圖9可以看出，燒結對電池片造成的影響與生產線發現的異常漏電電池片的特征不同，由此可以排除燒是結工藝造成的可能性。

2.3 量子效應測試

圖10為漏電電池與正常電池的外量子效率對比圖。由圖10可知，在整個波段，漏電電池片的外量子效率都比較低，單從數據無法判斷出是哪個工序出現了異常。

圖10 漏電電池與正常電池的外量子效率對比圖

3 成份分析

利用ICP-MS(電感耦合等離子體質譜儀)分別測試酸拋后的正常電池片和3類雪花狀漏電電池片的硅基體成份含量，具體數據如表8所示。

表8 成份測試數據

從表8來看，漏電電池3的金屬雜質含量偏高，主要是由于Ca、Cu、Mg、Ti和Zn的存在；漏電電池2主要是Cu的含量偏高；漏電電池1是經過深拋的硅片，未發現明顯雜質含量，因此可以認為此雜質主要集中在硅片表面。硅片都是采用金剛線切割，金剛線母線的主要成分是Cu元素，硅片生產過程中無其他含銅物質，所以Cu2+是硅片切割線引入的，而切割只會磨損表面，測試到的雜質正是處于表層，因此可以判斷，產生雪花狀漏電的原因是由硅片切割引起的，而非硅棒自身的問題。