光致發(fā)光技術(shù)在檢測晶體Si太陽(yáng)電池缺陷的應用

引言

　　近年來(lái)，光伏產(chǎn)業(yè)發(fā)展迅猛，提高效率和降低成本成為整個(gè)行業(yè)的目標。在晶體Si太陽(yáng)電池的薄片化發(fā)展過(guò)程中，出現了許多嚴重的問(wèn)題，如碎片、電池片隱裂、表面污染、電極不良等，正是這些缺陷限制了電池的光電轉化效率和使用壽命。同時(shí)，由于沒(méi)有完善的行業(yè)標準，Si片原材料質(zhì)量也是參差不齊，一些缺陷片的存在直接影響到組件乃至光伏系統的穩定性。因此，太陽(yáng)能行業(yè)需要有快速有效和準確的定位檢驗方法來(lái)檢驗生產(chǎn)環(huán)節可能出現的問(wèn)題。

　　發(fā)光成像方法為太陽(yáng)電池缺陷檢測提供了一種非常好的解決方案，這種檢測技術(shù)使用方便，類(lèi)似透視的二維化面檢測。本文討論的是光致發(fā)光技術(shù)在檢測晶體Si太陽(yáng)電池上的應用。光致發(fā)光(photoluminescence，PL)檢測過(guò)程大致包括激光被樣品吸收、能量傳遞、光發(fā)射及CCD成像四個(gè)階段。通常利用激光作為激發(fā)光源，提供一定能量的光子，Si片中處于基態(tài)的電子在吸收這些光子后而進(jìn)入激發(fā)態(tài)，處于激發(fā)態(tài)的電子屬于亞穩態(tài)，在短時(shí)間內會(huì )回到基態(tài)，并發(fā)出以1150 nm的紅外光為波峰的熒光。利用冷卻的照相機鏡頭進(jìn)行感光，將圖像通過(guò)計算機顯示出來(lái)。發(fā)光的強度與本位置的非平衡少數載流子的密度成正比，而缺陷處會(huì )成為少數載流子的強復合中心，因此該區域的少數載流子密度變小導致熒光效應減弱，在圖像上表現出來(lái)就成為暗色的點(diǎn)、線(xiàn)，或一定的區域，而在電池片內復合較少的區域則表現為比較亮的區域。因此，通過(guò)觀(guān)察光致發(fā)光成像能夠判斷Si片或電池片是否存在缺陷。

　　1 實(shí)驗

　　實(shí)驗選取大量低效率電池進(jìn)行研究，現舉典型PL圖像進(jìn)行分析說(shuō)明。電池所用Si片為125 mm×125 mm，厚度(200±10)μm，晶向100>，p型CZ太陽(yáng)能級Si片。PL測試儀器的基本結構如圖1，激光源波長(cháng)為808 nm，激光裝置中帶有均化光器件，使光束在測量的整個(gè)區域均勻發(fā)光。由于載流子的注入，Si片或電池片中會(huì )產(chǎn)生電流使其發(fā)出熒光，在波長(cháng)為1 150 nm時(shí)的紅外光最為顯著(zhù)，所以選用了適當的濾光片和攝像頭組合，使波長(cháng)在1 150 nm附近的熒光得以最大的通過(guò)。冷卻的攝像頭(-50℃)在室溫暗室中可以感光并生成512×512像素的圖像，曝光時(shí)間為1 s。整個(gè)實(shí)驗裝置由微機程序控制。雖然PL可以直接測量Si片，但為了實(shí)驗的對比性，本文均采用對電池的測量圖像作對比。