光致發(fā)光技術(shù)在檢測晶體Si太陽電池缺陷的應用

引言

　　近年來，光伏產(chǎn)業(yè)發(fā)展迅猛，提高效率和降低成本成為整個行業(yè)的目標。在晶體Si太陽電池的薄片化發(fā)展過程中，出現(xiàn)了許多嚴重的問題，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(zhuǎn)化效率和使用壽命。同時，由于沒有完善的行業(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(tǒng)的穩(wěn)定性。因此，太陽能行業(yè)需要有快速有效和準確的定位檢驗方法來檢驗生產(chǎn)環(huán)節(jié)可能出現(xiàn)的問題。

　　發(fā)光成像方法為太陽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太陽電池上的應用。光致發(fā)光(photoluminescence，PL)檢測過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入激發(fā)態(tài)，處于激發(fā)態(tài)的電子屬于亞穩(wěn)態(tài)，在短時間內(nèi)會回到基態(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行感光，將圖像通過計算機顯示出來。發(fā)光的強度與本位置的非平衡少數(shù)載流子的密度成正比，而缺陷處會成為少數(shù)載流子的強復合中心，因此該區(qū)域的少數(shù)載流子密度變小導致熒光效應減弱，在圖像上表現(xiàn)出來就成為暗色的點、線，或一定的區(qū)域，而在電池片內(nèi)復合較少的區(qū)域則表現(xiàn)為比較亮的區(qū)域。因此，通過觀察光致發(fā)光成像能夠判斷Si片或電池片是否存在缺陷。

　　1 實驗

　　實驗選取大量低效率電池進行研究，現(xiàn)舉典型PL圖像進行分析說明。電池所用Si片為125 mm×125 mm，厚度(200±10)μm，晶向100>，p型CZ太陽能級Si片。PL測試儀器的基本結(jié)構(gòu)如圖1，激光源波長為808 nm，激光裝置中帶有均化光器件，使光束在測量的整個區(qū)域均勻發(fā)光。由于載流子的注入，Si片或電池片中會產(chǎn)生電流使其發(fā)出熒光，在波長為1 150 nm時的紅外光最為顯著，所以選用了適當?shù)臑V光片和攝像頭組合，使波長在1 150 nm附近的熒光得以最大的通過。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，曝光時間為1 s。整個實驗裝置由微機程序控制。雖然PL可以直接測量Si片，但為了實驗的對比性，本文均采用對電池的測量圖像作對比。