N型太陽電池漏電的表征及應(yīng)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(xiàn)象，分析晶硅太陽電池生產(chǎn)過程中可能產(chǎn)生的漏電原因及預(yù)防措施。通過驗證發(fā)現(xiàn)生產(chǎn)過程中金屬雜質(zhì)的污染對N型太陽電池的漏電影響最為嚴(yán)重，其次刻蝕效果不佳等情況也會產(chǎn)生漏電，這些都嚴(yán)重影響電池片的品質(zhì)。

【關(guān)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(xué)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(fā)射結(jié)和背面N+區(qū)，然后通過PECVD技術(shù)在前后表面制備鈍化層和減反膜，正反面電極使用常規(guī)絲網(wǎng)印刷工藝完成。由于N型太陽電池在制備過程中工藝復(fù)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(chǎn)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(jié)，是因為太陽電池的P-N結(jié)被短路而使光生載流子復(fù)合的一種現(xiàn)象，嚴(yán)重影響著太陽電池的正常工作。如果漏電流過大，旁路結(jié)相當(dāng)于一個負載在工作，會產(chǎn)生大量的熱，使光伏組件或系統(tǒng)存在嚴(yán)重的安全隱患。因此在N型太陽電池生產(chǎn)過程中漏電流過大的問題亟待解決。

本文主要針對生產(chǎn)過程中出現(xiàn)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(dāng)對電池施加正向偏壓時，其發(fā)光波長與基底材料禁帶寬度相對應(yīng)，如晶硅太陽電池，它的發(fā)光波長處于900-llOOnm左右的紅外波段;當(dāng)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(fā)光。對EL圖像進行分析，可發(fā)現(xiàn)電池片及其組件中可能存在的缺陷。

對N型太陽電池生產(chǎn)過重中出現(xiàn)的漏電流過大的電池測量反向EL，發(fā)現(xiàn)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(yōu)化

濕法刻蝕工藝在P型太陽電池生產(chǎn)中也有用到，其在N型太陽電池生產(chǎn)中是借助腐蝕液與硅片的化學(xué)反應(yīng)腐蝕掉P擴散繞擴形成N+區(qū)，并通過HF清洗掉硅片表面的反應(yīng)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(diào)整，反應(yīng)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(yīng)地會帶來一些負面影響，比如，帶速的降低會影響產(chǎn)能，溫度升高會影響腐蝕量的穩(wěn)定性，等等。所以不僅需要穩(wěn)定腐蝕量，還要對溫度、帶速等參數(shù)進行監(jiān)控

HF濃度是使用Metrohm自動滴定系統(tǒng)進行檢測的，通過跟蹤幾個維護周期內(nèi)的HF濃度，發(fā)現(xiàn)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(nèi)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(yīng)物。

除了以上藥液對刻蝕效果有影響外，水的清洗也至關(guān)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(wěn)定性、降低生產(chǎn)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(nèi)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(yīng)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(chǎn)生，穩(wěn)定方阻，所以定期清洗爐管有利于提高電池生產(chǎn)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(jié)進行刻蝕。等離子刻蝕的密封性至關(guān)重要。當(dāng)石英管密封性差時，管內(nèi)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(yīng)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(fù)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(yīng)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(dāng)?shù)入x子刻蝕管內(nèi)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(chǎn)生積極的影響。

2.4 杜絕金屬雜質(zhì)的污染

N型太陽電池不僅要經(jīng)過生成N+區(qū)的P擴散，而且還要經(jīng)過生成PN結(jié)的B擴散。兩次擴散都要經(jīng)過高溫，加之B擴散的溫度更高，所以金屬雜質(zhì)的污染會對N型太陽電池產(chǎn)生更大的影響。

金屬雜質(zhì)的污染主要是由于設(shè)備老化，并且大部分是由化學(xué)工序造成的。N型太陽電池在高溫擴散前需要或經(jīng)過堿式制絨、或經(jīng)過背面拋光、或經(jīng)過濕法刻蝕，其中在這些工序中與硅片一起參與到化學(xué)反應(yīng)中的載具、部件的老化是金屬雜質(zhì)污染的主要來源。如發(fā)現(xiàn)載片籃具和傳輸滾輪出現(xiàn)黑心，這是由于包在外層的材料已經(jīng)出現(xiàn)了隱裂，內(nèi)部金屬被腐蝕。這些滲漏的金屬雜質(zhì)會污染整個藥液槽，影響連續(xù)的幾批片源，或者影響整條生產(chǎn)線，所以在N型太陽電池的生產(chǎn)過程中，檢查設(shè)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(jīng)過簡單的沖洗可能不會將金屬雜質(zhì)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(jié)論

由于N型太陽電池的生產(chǎn)工藝相比P型太陽電池需要經(jīng)過更高溫度的B擴散，所以金屬雜質(zhì)對N型太陽電池的影響更為嚴(yán)重。金屬雜質(zhì)的污染主要是由于設(shè)備老化滲漏造成的，所以在N型太陽電池的生產(chǎn)過程中對設(shè)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(chǎn)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

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