硅片材料特性對電池綜合性能的影響課件

1、硅片材料特性對電池綜合性能的影響向巍 黃宗明電池基地 晶澳太陽能硅片材料特性對電池綜合性能的影響向巍 黃宗明2September 25, 2022晶澳太陽能VI應(yīng)用培訓(xùn)綱要 太陽能晶硅電池工藝簡介硅片材料特性對電池外觀質(zhì)量的影響硅片材料特性對電池電性能的影響2September 24, 2022晶澳太陽能VI應(yīng)用培訓(xùn)3September 25, 2022晶澳太陽能太陽能電池的結(jié)構(gòu)原料片 成品片剖面圖成品片正面背面 太陽能電池由硅片基底、正面結(jié)構(gòu)、背面結(jié)構(gòu)組成；其中硅片特性是影響電池綜合性能的主要因素之一。3September 24, 2022晶澳太陽能太陽能電池的制絨工序功能去除表面油污和切割

2、損傷層增大光接收面積降低反射率，增加太陽光的吸收比例單晶絨面SEM圖片化學(xué)用品多晶：HNO3+HF單晶：NaOH+酒精（或IPA）多晶絨面SEM圖片晶澳太陽能4September 25, 2022制絨工序功能單晶絨面SEM圖片化學(xué)用品多晶絨面SEM圖片晶澳擴散工序 在P型襯底的硅片上，在高溫下形成表面磷摻雜，從而得到太陽能電池的關(guān)鍵部分-PN結(jié)。目前一般采用POCl3作為磷源，在臥式爐管中擴散。P type：硼摻雜N type：磷摻雜5晶澳太陽能September 25, 2022擴散工序 在P型襯底的硅片上，在高溫下形成表面磷摻雜，從而PECVD鍍膜工序在硅片表面沉積一層氮化硅減反射膜，以增

3、加入射在硅片上的光的透射，減少反射。板式PECVD機臺管式PECVD機臺n0n2r1r21216晶澳太陽能September 25, 2022PECVD鍍膜工序在硅片表面沉積一層氮化硅減反射膜，以增加入絲網(wǎng)印刷工序印刷分為三部分電極印刷電池片燒結(jié)電池片檢測電池片正面電池片反面正面電極：銀漿背電場：鋁漿背電極：銀鋁漿7晶澳太陽能September 25, 2022絲網(wǎng)印刷工序印刷分為三部分電池片正面電池片反面正面電極：銀漿8September 25, 2022序號硅片缺陷定義1外觀缺口貫穿硅片的局部缺損，不允許崩邊指硅片邊緣或表面未貫穿晶片的局部缺損區(qū)域，大小需小于0.2mm*0.5mm，最多允

4、許2個23裂紋硅片裂開缺陷，不允許4線痕線切過程中產(chǎn)生的明顯可見的加工線缺陷，高度需小于15um6小亮邊硅片側(cè)面連續(xù)性微小崩邊，多由粘膠面缺陷造成，長度需小于硅片邊長的1/2，寬度需小于片厚的1/37表面臟污硅片的表面或側(cè)面沾有硅膠或油污等雜物，影響硅片外觀和制絨效果的缺陷，不允許8尺寸厚度硅片中心厚度，需符合到貨規(guī)格要求9TTV硅片最厚點和最薄點之差（5點），需小于25um10邊長硅片邊長，需符合1560.4mm11對角線硅片對角線長度，需符合219.20.5mm12電性能碳氧含量硅片碳、氧元素含量，碳含量需符合0.910E17 atoms/cm3要求氧含量需符合0.910E18 atoms

5、/cm3要求13少子壽命硅片鈍化后少子壽命，需符合30s要求14電阻率硅片表面電阻率，需符合0.8-3 .cm范圍要求晶澳太陽能硅片質(zhì)量參數(shù)監(jiān)控簡介8September 24, 2022序號硅片缺陷定義1外觀9September 25, 2022尺寸測量點位：邊長測量方法：如圖測量4條邊的邊長。TTV測量方法：測如圖中5個點的厚度，5點中最大值與最小值的差為該硅片的TTV。對角線測量方法：測量如圖所示的兩條對角線長度。厚度的測量方法：測量如圖所示的硅片中心點的厚度即是該硅片的厚度。質(zhì)量參數(shù)監(jiān)控方式簡介晶澳太陽能9September 24, 2022尺寸測量點位：邊長測量10September

6、25, 2022預(yù)清洗制絨 制絨后清洗 硅片裝卸藍 擴散邊緣PN結(jié)刻蝕 硅片周轉(zhuǎn)及PSG清洗 SiN鍍膜絲網(wǎng)印刷 燒結(jié)測試分檔 包裝 擴散裝卸舟硅片周轉(zhuǎn) 硅片制絨：由于制絨過程是化學(xué)腐蝕和物理傳動過程，若硅片表面存在缺陷，會導(dǎo)致制程碎片率升高。 硅片周轉(zhuǎn)：由于硅片表面缺陷導(dǎo)致其表面承受應(yīng)力降低，在硅片周轉(zhuǎn)過程中會造成碎片率上升，硅片表面缺陷擴大。 硅片刻蝕：由于刻蝕過程是化學(xué)清洗和物理傳動過程，若硅片表面存在缺陷，會導(dǎo)致制程碎片率升高。 電池片印刷：由于硅片凸起或凹陷的線痕影響，會使柵線印刷效果降低，產(chǎn)生客戶不可接受的外觀缺陷（結(jié)點，柵線粗細(xì)不均）。 電池片各生產(chǎn)制程中，有4類步驟均會對硅片表

7、面缺陷產(chǎn)生擴大化影響，分別為：1.硅片制絨；2.硅片刻蝕；3.硅片印刷；4.電池片加工過程周轉(zhuǎn)。外觀監(jiān)控項與電池片生產(chǎn)相關(guān)性介紹晶澳太陽能10September 24, 2022預(yù)清洗制絨 制絨后September 25, 2022崩邊：指硅片邊緣或表面未貫穿晶片的局部缺損區(qū)域，當(dāng)崩邊在硅片邊緣產(chǎn)生時，其尺寸由徑向深度和周邊弦長給出；崩邊經(jīng)過制絨、刻蝕等一系列電池制作工藝后容易惡化，造成高比例的電池片崩邊、缺口及碎片。硅片崩邊電池片崩邊電池片缺口電池片碎片硅片缺陷與電池片相關(guān)性圖例晶澳太陽能11September 24, 2022崩邊：指硅片邊緣或表面未September 25, 2022缺口

8、：貫穿硅片的局部缺損，按開口角度是否小于90分為V型缺口和鈍形缺口；缺口經(jīng)過制絨等一系列電池制作工藝后容易惡化，造成高比例的電池片缺口及碎片。硅片缺口電池片缺口電池片碎片硅片缺陷與電池片相關(guān)性圖例晶澳太陽能12September 24, 2022缺口：貫穿硅片的局部缺損September 25, 2022線痕：線切過程中產(chǎn)生的明顯可見的加工線缺陷；硅片線痕會造成電池片印刷不良，包括結(jié)點和粗細(xì)不均，同時由于絲網(wǎng)印刷的特殊性，一片線痕會連續(xù)影響下面34片硅片印刷品質(zhì)。硅片線痕電池片線痕電池缺陷局部圖結(jié)點細(xì)柵線粗細(xì)不均硅片缺陷與電池片相關(guān)性圖例晶澳太陽能13September 24, 2022線痕：

9、線切過程中產(chǎn)生的明September 25, 2022規(guī)則性線痕：采用雙向線切割方式產(chǎn)生的明顯可見規(guī)則性線痕；硅片規(guī)則性線痕會造成電池片水波紋，影響外觀品質(zhì)。硅片規(guī)則性線痕電池片水波紋硅片缺陷與電池片相關(guān)性圖例晶澳太陽能14September 24, 2022規(guī)則性線痕：采用雙向線切September 25, 2022表面臟污：硅片的表面或側(cè)面沾有硅膠或油污等雜物，影響硅片外觀和制絨效果的缺陷；鍍膜后表面臟污電池片臟污硅片表面臟污硅片的表面污染，會造成硅片外觀和制絨效果的缺陷，影響電池片外觀品質(zhì)；甚至?xí)U散造成交叉污染，帶來不穩(wěn)定因素。硅片缺陷與電池片相關(guān)性圖例晶澳太陽能15Septembe

10、r 24, 2022表面臟污：硅片的表面或側(cè)September 25, 2022硅片粘膠面缺陷：硅片粘膠面一連串的小亮邊，缺陷很小，與崩邊相近；硅片粘膠面一連串的小亮邊，缺陷很小，與崩邊及其相近，但經(jīng)過制絨等相關(guān)工藝后，缺陷容易惡化，造成電池片崩邊、缺口及碎片，影響外觀品質(zhì)。硅片粘膠面缺陷電池片邊緣缺陷硅片缺陷與電池片相關(guān)性圖例晶澳太陽能16September 24, 2022硅片粘膠面缺陷：硅片粘膠17September 25, 2022Eta：轉(zhuǎn)換效率Uoc:開路電壓Isc：短路電流FF：填充因子Rsh：并聯(lián)電阻Irev2：反向電流2(-12V)電池主要電性能介紹晶澳太陽能17Septem

11、ber 24, 2022Eta：轉(zhuǎn)換效率電池厚度電阻率少子壽命C.O含量金屬雜質(zhì)位錯晶界September 25, 2022晶澳太陽能18硅片材料特性厚度電阻率少子壽命C.O含量金屬雜質(zhì)位錯晶界Septembe19September 25, 2022厚度 理想情況下，Isc隨著厚度的增加而增加?；w對光的吸收增加，尤其是長波段的光。Si 在標(biāo)準(zhǔn)的制程下，當(dāng)片厚小于200m時，mc-Si太陽電池的主要性能參數(shù)開始減少。在降低硅片厚度以減少光伏成本時，要使用有效的表面鈍化方法來減少表面復(fù)合與提高基區(qū)質(zhì)量。晶澳太陽能 隨著硅片薄化的趨勢，硅片厚度除了對電池良率會產(chǎn)生負(fù)面影響，逐漸會對效率產(chǎn)生負(fù)面影響

12、。11 馬丁格林. 太陽能電池工作原理、技術(shù)和系統(tǒng)應(yīng)用M. 上海交通大學(xué)出版社，2019. International Technology Roadmap for Photovoltaics19September 24, 2022厚度 理想情況下，I電阻率工藝條件片源電阻率少子壽命ISCVOCFFETA低方阻同一廠家1.84 16.90 1.0538 1.0400 1.0130 1.0544 1.40 12.40 1.0388 1.0417 1.0157 1.0438 高方阻同一廠家2.08 63.55 1.0563 1.0417 1.0103 1.0563 1.60 33.79 1.052

13、5 1.0433 1.0184 1.0625 高方阻不同廠家2.27 53.15 1.0525 1.0433 1.0169 1.0600 1.61 45.97 1.0488 1.0483 1.0191 1.0644 當(dāng)電阻率較高時，其電流較高，但電壓及填充相對較低；反之亦然。September 25, 202220晶澳太陽能 電阻率對效率的影響較大，并且硅片電阻率-電池工藝有一定的匹配性。22 屈瑩.不同電阻率太陽能電池制作工藝探索及電性能研究C. 第十一屆中國光伏大會暨展覽會會議論文集. 2019.電阻率工藝條件片源電阻率少子壽命ISCVOCFFETA低方阻21September 25, 2

14、022電阻率標(biāo)稱功率漿料衰減類別衰減率1.404高檔位-LID-1.80%低檔位-LID-1.75%1.848高檔位-LID-1.29%低檔位-LID-1.71% 衰減（LID)晶澳太陽能電阻率通常電阻率與電池LID呈反比關(guān)系。221September 24, 2022電阻率標(biāo)稱功率漿料衰少子壽命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(yīng)的材料質(zhì)量越好。 由于多晶硅片內(nèi)部雜質(zhì)和缺陷的不均勻性，其少子壽命分布也具有很大的不均勻性，而最終決定所做電池效率的是硅片少子壽命最小值。少子壽命Uoc Isc IRev2RseRsh FFEta5.051.0277 1.038

15、5 1.0506 1.0885 1.6277 1.0082 1.0213 8.091.0223 1.0331 1.1450 1.0580 1.0565 1.0106 1.0131 17.11.0337 1.0462 1.1481 1.0205 1.3343 1.0104 1.0369 33.851.0323 1.0433 1.6369 1.0160 1.1168 1.0136 1.0363 45.461.0350 1.0458 1.5344 1.0185 1.1348 1.0132 1.0413 September 25, 202222晶澳太陽能通常硅片少子壽命和電池效率呈正比關(guān)系。33 張光

16、春.尚德電力控股有限公司. 硅片質(zhì)量對太陽能電池性能的影響C. International Technology Roadmap for Photovoltaics少子壽命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)C,O含量 氧雜質(zhì)的原生熱施主和原生氧沉淀影響太陽電池效率 氧與硼原子作用，形成B-O 復(fù)合體，會在光照下進一步降低太陽電池效率。 碳雜質(zhì)參與了氧沉淀或新施主的生成。 SiC 顆粒（柱狀）September 25, 202223晶澳太陽能硅片中碳、氧含量需要被監(jiān)控，并控制在合適的規(guī)格內(nèi)。44 楊德仁. 雜質(zhì)對太陽電池材料的影響. C. 第四屆太陽硅材料會議, 2019.3C

17、,O含量 氧雜質(zhì)的原生熱施主和原生氧沉淀影響太陽電池效率24September 25, 2022鐵在硅中的存在形態(tài)： 間隙態(tài)鐵 鐵沉淀 鐵的復(fù)合物金屬雜質(zhì) 金屬雜質(zhì)及其沉淀或復(fù)合體都是少數(shù)載流子主要的復(fù)合中心晶澳太陽能金屬雜質(zhì)特別是過渡金屬雜質(zhì)對電池效率負(fù)面影響較大。124September 24, 2022鐵在硅中的存在形態(tài)： 間隙態(tài)鐵分布September 25, 202225晶澳太陽能金屬雜質(zhì)55 鄧海，楊德仁等, 鑄造多晶硅中雜質(zhì)對少子壽命的影響J. 太陽能學(xué)報，2019. Vol.28. 間隙態(tài)鐵分布September 24, 202225晶澳26September 25, 2022

18、 沉淀鐵 絮狀黑色區(qū)域為沉淀鐵的位錯或晶界，其很難通過吸雜去除晶澳太陽能金屬雜質(zhì)66 Buonassisi T et al, Nature MaterialsJ, 2019, 4(9), 67626September 24, 2022 沉淀鐵 絮狀位錯鑄造多晶硅中的位錯與熱應(yīng)力密切相關(guān)。鑄造多晶硅中熱應(yīng)力的產(chǎn)生和分布是很復(fù)雜的，受多種因素影響，如升溫速度、降溫速度、熱場分布等。但是一般來說，從晶錠底部到晶錠上部，位錯密度呈“W”，即硅錠底部、中部和上部的位錯密度相對較高.September 25, 202227晶澳太陽能位錯具有高密度的懸掛鍵，可以直接作為復(fù)合中心，導(dǎo)致少子壽命降低，從而降低電池效率。77 楊德仁. 浙江大學(xué)硅材料國家重點實驗室. 鑄造多晶硅的缺陷C. 位錯鑄造多晶硅中的位錯與熱