單晶硅片質量對光伏電池性能的影響

單晶硅由于其本身內(nèi)部完整的晶體結構，其光伏電池效率明顯高于多晶硅電池。然而，單晶硅內(nèi)部雜質和晶體缺陷的存在會嚴重影響太陽能光伏電池的效率，比如：

(a)光照條件下B-O復合體的產(chǎn)生會導致單晶電池的早期光致衰減；

(b)內(nèi)部金屬雜質和晶體缺陷（位錯等）的存在會成為少數(shù)載流子的復合中心，影響其少子壽命，導致電池性能的下降。

一、少子壽命對光伏電池性能的影響

少子壽命是指半導體材料在外界注入（光或電）停止后，少數(shù)載流子從最大值衰減到無注入時的初值之間的平均時間。少子壽命是用于表征材料的重金屬沾污及體缺陷的重要參數(shù)，少子壽命值越大，相應的材料質量越好。少子壽命已成為生產(chǎn)線上常規(guī)測試的一個參數(shù)。我們選取某供應商某批單晶硅片進行實驗，將硅片按不同少子壽命區(qū)分后，按正常電池工藝做成電池，其少子壽命和電池效率具有很好的對應關系，如下圖所示：

圖1 少子壽命和電池效率對應圖

二、早期光致衰減對電池性能的影響

早期光致衰減機理

P型摻硼晶體硅太陽電池的早期光致衰減現(xiàn)象最早在30多年前就有相關報道。大量的科學研究發(fā)現(xiàn)它與硅片中的硼氧濃度有關，大家基本一致的看法是光照或電流注入導致硅片中的硼和氧形成硼氧復合體，從而使少子壽命降低，但經(jīng)過退火處理，少子壽命又可恢復，其反應為：

正是由于摻硼單晶硅在光照條件下硼氧復合體的生成，引起少子壽命的下降，最終導致太陽電池和組件功率的下降。

光致衰減的危害

光伏組件的早期光致衰減

1、會引起組件功率在使用的最初幾天內(nèi)發(fā)生較大幅度的下降，使標稱功率和實際功率不符，使組件供應商面臨客戶投訴或索賠。

2、光伏組件的光致衰減主要是由電池衰減導致的，同一組件內(nèi)各個電池片由于光致衰減的不一致性造成原本分選時電性能一致的電池片，經(jīng)過光照后，電性能會存在很大偏差，引起組件曲線異常和熱斑現(xiàn)象，導致組件的早期失效。

低質電池光致衰減不一致性實例

3、我們將某供應商提供的質量較差的硅片做成的初始分選效率為16%的電池片，經(jīng)弱光光照1.5小時后(光源為節(jié)能燈)，發(fā)現(xiàn)電池片效率衰減很多，且離散性也很大，效率最高的為15.4%，最低的僅為13%，衰減比率達3.75%至18.75%。

圖3 低質硅片做成的同一檔次電池經(jīng)弱光光照后效率分布

上述經(jīng)弱光光照的電池片重新分選檢測后，按轉換效率的分布情況做成14塊組件，經(jīng)太陽光光照1天和2天后的功率對比如下圖所示：

圖4 經(jīng)太陽光光照1天和2天后的功率對比

三、試驗結論

１．此供應商的硅片制作的電池片本身衰減較為嚴重，如果電池片不經(jīng)過光照和二次分選而直接做成組件，尤其是衰減較為嚴重的那部分電池片，會分散在各個組件內(nèi)，影響到組件的整體功率下降更多，并且將導致組件曲線異常和熱斑。

２．上述結果也說明，普通的節(jié)能燈沒有使該電池片衰減到穩(wěn)定的程度，因此做成的組件在太陽光光照后仍然出現(xiàn)了較大的衰減。但是通過光照后二次分選剔出了效率極低的電池片，并使得每個組件內(nèi)電池片效率均勻性基本一致。

３．初始分選效率16%的電池片理論上可做成172W的組件，但經(jīng)過光致衰減后，最終的做成最大僅155.71W組件和最小僅143.78W的組件，衰減比率達9.47%至16.4%!因此，嚴格把控硅片質量是保證電池和組件性能穩(wěn)定的根本措施。