晶體硅太陽(yáng)能電池片老化特性研究

翟金葉

摘 要：近年來(lái)，太陽(yáng)能光伏應(yīng)用發(fā)展迅速，截止2016年底，全球光伏裝機(jī)量高達(dá)77.42GW，在能源結(jié)構(gòu)中所占的比例逐漸上升。然而，在快速發(fā)展的同時(shí)，太陽(yáng)能電池的可靠性存在著較大的隱患，主要表現(xiàn)為兩種形式，一種是非太陽(yáng)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(yáng)能電池片部分的老化，如p-n結(jié)內(nèi)的漏電現(xiàn)象、表面與界面處的缺陷增多等。本文就晶體硅太陽(yáng)能電池片老化特性進(jìn)行了分析和探討。

關(guān)鍵詞：太陽(yáng)能電池；晶體硅；電池片老化

中圖分類(lèi)號(hào)：TM914 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A 文章編號(hào)：1671-2064（2018）05-0201-02

1 試驗(yàn)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(jīng)清洗、制絨、擴(kuò)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(chǎng)漿料（編號(hào)分別為AL-1、AL-2、AL-3、AL-4），用相同的背銀和正銀電極，經(jīng)絲網(wǎng)印刷、燒結(jié)工藝制作出多晶硅電池片，類(lèi)似地，用AL-1類(lèi)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(wǎng)版為360目（40μm），柵線寬度為80μm，9溫區(qū)紅外隧道燒結(jié)爐的各溫區(qū)設(shè)置分別為：320，340，350，520，570，610，650，790和900℃，燒結(jié)爐傳送帶速度為6.1m/min。

1.2 水煮試驗(yàn)

將4種不同鋁背場(chǎng)的多晶硅電池片同時(shí)放入80℃的數(shù)顯恒溫水浴鍋中，記錄電池片水煮40min過(guò)程中，鋁背場(chǎng)產(chǎn)生氣泡、脫粉以及網(wǎng)帶印的時(shí)間，并觀察水煮后電池片的外觀和測(cè)試其電學(xué)性能。

1.3 冷-熱循環(huán)試驗(yàn)

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(jù)GB/T9535-2005/IEC61215-2005中的冷-熱循環(huán)試驗(yàn)條件進(jìn)行冷-熱循環(huán)試驗(yàn)，在相對(duì)濕度小于60%的情況下，電池片放置在minicool型高低溫試驗(yàn)箱中，在（-40±2）℃和（85±2）℃溫度之間不斷循環(huán)，并保證在兩個(gè)極端溫度的保持時(shí)間15min，一次循環(huán)約4h。每循環(huán)5次取出樣品進(jìn)行電性能測(cè)試。

1.4 濕熱試驗(yàn)

濕熱試驗(yàn)也稱(chēng)雙85試驗(yàn)，基于GB/T9535-2005/IEC61215-2005中的濕熱試驗(yàn)條件下，類(lèi)比冷-熱循環(huán)試驗(yàn)，每組各選取8片電池片，將其置于85℃，85%RH的恒溫恒濕試驗(yàn)箱中，每濕熱50h取出進(jìn)行電性能測(cè)試。

1.5 性能表征

電池性能測(cè)試用電池綜合參數(shù)測(cè)試儀（型號(hào)：GSCT-B）在溫度為25℃，光照強(qiáng)度為0.1W/cm2下進(jìn)行測(cè)試，分析太陽(yáng)能電池老化前后轉(zhuǎn)換效率Eff、填充因子FF、開(kāi)路電壓Voc、短路電流Isc、串聯(lián)電阻Rs、并聯(lián)電阻Rsh等重要參數(shù)的變化；同時(shí)使用電致發(fā)光（EL）測(cè)試儀測(cè)試太陽(yáng)能電池在不同老化時(shí)間的EL特性。

2 結(jié)果與討論

2.1 不同鋁背場(chǎng)多晶硅電池片的水煮特性

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

池片在水煮過(guò)程中出現(xiàn)氣泡、脫粉、網(wǎng)帶印的時(shí)間比較接近，水煮40min后這兩種電池片呈現(xiàn)出較明顯的網(wǎng)帶印，而AL-3電池片水煮時(shí)發(fā)生反應(yīng)的時(shí)間較長(zhǎng)，水煮30min后才發(fā)生反應(yīng)，水煮后的網(wǎng)帶印也很淺；AL-4電池片表現(xiàn)最好，整個(gè)水煮過(guò)程中都沒(méi)有發(fā)生化學(xué)反應(yīng)，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(yàn)反應(yīng)出鋁背場(chǎng)的濕熱穩(wěn)定性，水煮時(shí)鋁背場(chǎng)的化學(xué)反應(yīng)如下：

2Al（s）+6H2O（l）→2Al（OH）3（s）+3H2（g）

用于制作鋁背場(chǎng)的鋁漿是由鋁粉、玻璃粉和有機(jī)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?zé)Y(jié)過(guò)程中起助熔和形成牢固鋁膜的作用，因此，4種鋁背場(chǎng)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(shí)水分子易透過(guò)間隙，與鋁顆粒發(fā)生反應(yīng)，產(chǎn)生氣泡，并脫粉，隨后鋁背場(chǎng)表面逐漸形成網(wǎng)帶印?？梢?jiàn)，電池片在燒結(jié)時(shí)，鋁膜表面的氧化程度和致密度等因素對(duì)鋁背場(chǎng)的水煮特性有直接的影響，鋁背場(chǎng)耐水煮特性好，說(shuō)明鋁膜的穩(wěn)定性好。

表2反映出電池片水煮前后電學(xué)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(huán)特性

在冷-熱循環(huán)試驗(yàn)過(guò)程中，4種多晶硅電池片的效率衰減率的變化趨勢(shì)如圖1所示（衰減率是相對(duì)于老化前的初始效率）。從圖1可看出，在0～40次冷-熱循環(huán)過(guò)程中，電池片的效率衰減率明顯增大，而在40次冷-熱循環(huán)后其衰減趨于穩(wěn)定，AL-2和AL-4電池片的冷-熱循環(huán)老化特性較好，AL-3電池片所表現(xiàn)的老化特性最差。試驗(yàn)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(huán)老化特性由好到差依次為：AL-4、AL-2、AL-1、AL-3，說(shuō)明電池的冷-熱循環(huán)衰減特性與電池的鋁背場(chǎng)的配方組分有較大關(guān)系，但與背場(chǎng)的水煮特性無(wú)直接關(guān)系。

電池片冷-熱循環(huán)老化特性的較大差異，一是由于冷-熱循環(huán)條件作用下，多晶硅片存在較多的晶界與位錯(cuò)缺陷得以惡化，形成少子復(fù)合中心，捕獲大量的電子與空穴，使該區(qū)域沒(méi)有激發(fā)出1150nm的紅外光子，導(dǎo)致CCD相機(jī)無(wú)法捕捉到紅外光，EL圖呈現(xiàn)較多黑斑缺陷；另外，由于4種鋁漿制備過(guò)程中所引進(jìn)的雜質(zhì)元素含量與種類(lèi)不同，不同濃度的雜質(zhì)元素形成少子復(fù)合中心，會(huì)降低基區(qū)的少子壽命，從而使4種電池片EL圖呈現(xiàn)不同程度的黑斑，表現(xiàn)出不同的冷-熱老化特性。

3 結(jié)語(yǔ)

不同鋁背場(chǎng)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(xiàn)出較好的濕熱老化特性，但電池片的冷-熱循環(huán)老化特性與其水煮特性無(wú)直接關(guān)系，主要與電池的缺陷種類(lèi)和雜質(zhì)含量有關(guān)。

參考文獻(xiàn)

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