太陽(yáng)能光伏電池暗電流的研究

本文對太陽(yáng)能電池的暗電流產(chǎn)生原因進(jìn)行了系統的研究。暗電流不僅僅包括反向飽和電流。還包括薄層漏電流和體漏電流。在太陽(yáng)能電池實(shí)際生產(chǎn)中，暗電流高于５Ａ的電池比例偏高，其產(chǎn)生的原因多種多樣。我們經(jīng)過(guò)長(cháng)期大量的實(shí)驗，研究了暗電流高的原因。并在生產(chǎn)中提出了相應的解決辦法。

1、引言

在沒(méi)有光照的條件下，給ＰＮ結加反偏電壓（Ｎ區接正，Ｐ區接負），此時(shí)會(huì )有反向的電流產(chǎn)生，這就是所謂的暗電流。對太陽(yáng)能電池而言，暗電流不僅僅包括反向飽和電流，還包括薄層漏電流和體漏電流。

反向飽和電流是指給ＰＮ結加一反偏電壓時(shí)，外加的電壓使得ＰＮ結的耗盡層變寬，內建電場(chǎng)變大，電子的電勢能增加，Ｐ區和Ｎ區的多數載流子數載流子（Ｐ區多子為空穴，Ｎ區多子為電子）就很難越過(guò)勢壘，因此擴散電流趨近于零，但是由于結電場(chǎng)的增加，使得Ｎ區和Ｐ區中的少數載流子更容易產(chǎn)生漂移運動(dòng)。在這種情況下，ＰＮ結內的電流由起支配作用的漂移電流決定。漂移電流的方向與擴散電流的方向相反，表現在外電路上有—個(gè)流入Ｎ區的反向電流，它是由少數載流子的漂移運動(dòng)形成的。由于少數載流子是由本征激發(fā)而產(chǎn)生的，在溫度一定的情況下，熟激發(fā)產(chǎn)生的少子數量是一定的，電流趨于恒定。太陽(yáng)能電池片可以分３層，即薄層（即Ｎ區），耗盡層（即ＰＮ結），體區（即Ｐ區）。復合的過(guò)程始終伴隨著(zhù)載流子的定向移動(dòng)，必然會(huì )有微小的電流產(chǎn)生，這些電流對測試所得的暗電流的值是有貢獻的，由薄層貢獻的部分稱(chēng)之為薄層漏電流，由體區貢獻的部分稱(chēng)之為體漏電流。

２、實(shí)驗及分析

在太陽(yáng)能電池實(shí)際生產(chǎn)中，暗電流高的電池比例偏高，同碎片率一樣，是影響電池成品合格率的兩大主要因素之一。這些電池產(chǎn)生的原因多種多樣極其復雜，我們經(jīng)過(guò)長(cháng)期大量的實(shí)驗，分析了暗電流高與５Ａ電池產(chǎn)生的具體原因，并在生產(chǎn)中提出了相應的解決辦法。

２.１硅片內在質(zhì)量原因

鑄造多晶硅相對直拉單晶硅的制備工藝簡(jiǎn)單，成本較低，但控制雜質(zhì)和缺陷的能力也較弱。鑄造多晶硅中的氧、碳、氮、氫及金屬雜質(zhì)和高密度的晶界、位錯以及微缺陷都有可能造成電池反向電流的增加。所以，在鑄錠過(guò)程中應嚴格控制硅料的雜質(zhì)含量，優(yōu)化鑄錠工藝，嚴格控制硅錠的雜質(zhì)含量和電阻率等參數，嚴格控制微晶缺陷產(chǎn)生。圖１顯示的是經(jīng)過(guò)線(xiàn)鋸切割后受損傷的硅片表面情況，表面完全與硅基體剝離，大大影響了硅基體表面性質(zhì)。

圖１鑄造多晶磕蜀出躺醐瞎惦受損傷的硅片表面情況

２．２電池的加工工藝原因

２.２.１制絨工藝

１）潤洗污染：在多晶硅片酸制絨的生產(chǎn)過(guò)程中，潤洗系統內部會(huì )

生成不溶性鹽類(lèi)，在對硅片進(jìn)行潤洗的過(guò)程中會(huì )污染硅片的表面，形成ＰＮ結缺陷，進(jìn)而影響鍍膜，在雜質(zhì)處未鍍膜或形成鍍膜缺陷，燒結時(shí)

污染，尤其是人為污染；優(yōu)化電池加工各工序的工藝，避免機械損傷，

對降低電池的暗電流有非常重要的作用。漿料會(huì )在在雜質(zhì)處穿過(guò)薄膜層，造成電池的反向暗電流增大。

２）風(fēng)刀油水污染：主要是壓縮空氣中油水的污染。在制絨設備中，各工藝槽后均有風(fēng)刀，其作用是去除硅片表面的化學(xué)液體和水。風(fēng)刀用的氣體為壓縮空氣，其中含有部分油和水的混合物，它會(huì )玷污硅片表面，從而形成表面缺陷。

２.２．２擴散工藝

ＰＮ結均勻性差，高方塊電阻的硅片ＰＮ結相對較淺，相同的燒結條件下，ＰＮ結較淺的地方易被漿料穿透，造成漏電流偏大。在生產(chǎn)中應嚴格控制方塊電阻的大小，調整合適的工藝，使方塊電阻的均勻性提高，從而降低電池的暗電流。

２.２．３濕法刻蝕工藝

濕法刻蝕造成電池暗電流偏高的—個(gè)重要原因是刻蝕邊緣較大，ＰＮ結遭到破壞，導致鍍膜印刷燒結后漏電。濕法刻蝕的硅片，邊緣較大主要有以下原因：

１）濕法刻蝕溶液粘度不足，主要表現為刻蝕液中Ｈ２Ｓ０４的濃度

偏低；

２）化學(xué)成分配比不適合；

３）刻蝕槽流量過(guò)大；

４）排風(fēng)量調節不適合；

５）傳輸速度慢等。

所以適當調節濕法刻蝕工藝，在保證刻蝕深度的情況下，盡量減小邊緣刻蝕寬度，從而在一定程度上可以減少高漏電電池比例。

２.２．４不同的漿科，成分不同，性能不同，對電池的參數影響不同

不同漿料對氮化硅膜的穿透能力不同，高溫性能不同，從而造成電參數性能的較大差異。在燒蘭占ｉ型程中，應根據漿料的不同性質(zhì)采用不同的燒結工藝。

２.３人工污染的原因

主要是人手接觸硅片導致硅片受到污染，污染物主要是鈉離子。下表中數據為制絨、擴散工序均采用機械手裝卸載和制絨、擴散工序均采用人工收片和插片的電池參數對比數據：

表1

以上對比數據表現為采用柳械手插片電池參數Ｉｒｅｖ２＞５Ａ的電池比例均低于１．５％，明顯低于人工插片形成的比例。

２．４加工過(guò)程造戍機械損傷的原因

由于在電池生產(chǎn)過(guò)程中各工序會(huì )不可避免的對硅片造成不同程度的機械損傷，嚴重者會(huì )造成硅片的暗裂紋，如果印刷漿料后硅片還沒(méi)有碎裂，燒結后漿料通過(guò)暗裂紋進(jìn)入硅片，導致電池漏電偏大。這種硅片在生產(chǎn)過(guò)程中很難發(fā)現，但在ｌＲ下觀(guān)測可以看到有微裂紋，表現為溫度過(guò)高的亮點(diǎn)。因此生產(chǎn)過(guò)程中應減少硅片的機械碰撞，避免暗裂紋的產(chǎn)生。

３．結論

為降低電池的暗電流，提高電池的品質(zhì)，首先應改善硅錠的內在質(zhì)量，減少硅錠內在雜質(zhì)的含量和缺陷態(tài)；其次，減少生產(chǎn)各個(gè)環(huán)節的污染，尤其是人為污染；優(yōu)化電池加工各工序的工藝，避免機械損傷，對降低電池的暗電流有非常重要的作用。