太陽能光伏電池暗電流的研究

本文對(duì)太陽能電池的暗電流產(chǎn)生原因進(jìn)行了系統(tǒng)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)過長期大量的實(shí)驗(yàn)，研究了暗電流高的原因。并在生產(chǎn)中提出了相應(yīng)的解決辦法。

1、引言

在沒有光照的條件下，給ＰＮ結(jié)加反偏電壓（Ｎ區(qū)接正，Ｐ區(qū)接負(fù)），此時(shí)會(huì)有反向的電流產(chǎn)生，這就是所謂的暗電流。對(duì)太陽能電池而言，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(jié)加一反偏電壓時(shí)，外加的電壓使得ＰＮ結(jié)的耗盡層變寬，內(nèi)建電場(chǎng)變大，電子的電勢(shì)能增加，Ｐ區(qū)和Ｎ區(qū)的多數(shù)載流子數(shù)載流子（Ｐ區(qū)多子為空穴，Ｎ區(qū)多子為電子）就很難越過勢(shì)壘，因此擴(kuò)散電流趨近于零，但是由于結(jié)電場(chǎng)的增加，使得Ｎ區(qū)和Ｐ區(qū)中的少數(shù)載流子更容易產(chǎn)生漂移運(yùn)動(dòng)。在這種情況下，ＰＮ結(jié)內(nèi)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(kuò)散電流的方向相反，表現(xiàn)在外電路上有—個(gè)流入Ｎ區(qū)的反向電流，它是由少數(shù)載流子的漂移運(yùn)動(dòng)形成的。由于少數(shù)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(shù)量是一定的，電流趨于恒定。太陽能電池片可以分３層，即薄層（即Ｎ區(qū)），耗盡層（即ＰＮ結(jié)），體區(qū)（即Ｐ區(qū)）。復(fù)合的過程始終伴隨著載流子的定向移動(dòng)，必然會(huì)有微小的電流產(chǎn)生，這些電流對(duì)測(cè)試所得的暗電流的值是有貢獻(xiàn)的，由薄層貢獻(xiàn)的部分稱之為薄層漏電流，由體區(qū)貢獻(xiàn)的部分稱之為體漏電流。

２、實(shí)驗(yàn)及分析

在太陽能電池實(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(fù)雜，我們經(jīng)過長期大量的實(shí)驗(yàn)，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(yīng)的解決辦法。

２.１硅片內(nèi)在質(zhì)量原因

鑄造多晶硅相對(duì)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(cuò)以及微缺陷都有可能造成電池反向電流的增加。所以，在鑄錠過程中應(yīng)嚴(yán)格控制硅料的雜質(zhì)含量，優(yōu)化鑄錠工藝，嚴(yán)格控制硅錠的雜質(zhì)含量和電阻率等參數(shù)，嚴(yán)格控制微晶缺陷產(chǎn)生。圖１顯示的是經(jīng)過線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)過程中，潤洗系統(tǒng)內(nèi)部會(huì)

生成不溶性鹽類，在對(duì)硅片進(jìn)行潤洗的過程中會(huì)污染硅片的表面，形成ＰＮ結(jié)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(jié)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(jī)械損傷，

對(duì)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(shè)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(kuò)散工藝

ＰＮ結(jié)均勻性差，高方塊電阻的硅片ＰＮ結(jié)相對(duì)較淺，相同的燒結(jié)條件下，ＰＮ結(jié)較淺的地方易被漿料穿透，造成漏電流偏大。在生產(chǎn)中應(yīng)嚴(yán)格控制方塊電阻的大小，調(diào)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(jié)遭到破壞，導(dǎo)致鍍膜印刷燒結(jié)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(xiàn)為刻蝕液中Ｈ２Ｓ０４的濃度

偏低；

２）化學(xué)成分配比不適合；

３）刻蝕槽流量過大；

４）排風(fēng)量調(diào)節(jié)不適合；

５）傳輸速度慢等。

所以適當(dāng)調(diào)節(jié)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(duì)電池的參數(shù)影響不同

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

２.３人工污染的原因

主要是人手接觸硅片導(dǎo)致硅片受到污染，污染物主要是鈉離子。下表中數(shù)據(jù)為制絨、擴(kuò)散工序均采用機(jī)械手裝卸載和制絨、擴(kuò)散工序均采用人工收片和插片的電池參數(shù)對(duì)比數(shù)據(jù)：

表1

以上對(duì)比數(shù)據(jù)表現(xiàn)為采用柳械手插片電池參數(shù)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加工過程造戍機(jī)械損傷的原因

由于在電池生產(chǎn)過程中各工序會(huì)不可避免的對(duì)硅片造成不同程度的機(jī)械損傷，嚴(yán)重者會(huì)造成硅片的暗裂紋，如果印刷漿料后硅片還沒有碎裂，燒結(jié)后漿料通過暗裂紋進(jìn)入硅片，導(dǎo)致電池漏電偏大。這種硅片在生產(chǎn)過程中很難發(fā)現(xiàn)，但在ｌＲ下觀測(cè)可以看到有微裂紋，表現(xiàn)為溫度過高的亮點(diǎn)。因此生產(chǎn)過程中應(yīng)減少硅片的機(jī)械碰撞，避免暗裂紋的產(chǎn)生。

３．結(jié)論

為降低電池的暗電流，提高電池的品質(zhì)，首先應(yīng)改善硅錠的內(nèi)在質(zhì)量，減少硅錠內(nèi)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(jié)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(jī)械損傷，對(duì)降低電池的暗電流有非常重要的作用。