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太阳能光伏电池暗电流的研究

文章来源:北极星电力网 作者:未知 点击:次 时间:2012/4/25 11:19:24 转载:

  本文对太阳能电池的暗电流产生原因进行了系统的研究。暗电流不仅仅包括反向饱和电流。还包括薄层漏电流和体漏电流。在太阳能电池实际生产中,暗电流高于5A的电池比例偏高,其产生的原因多种多样。我们经过长期大量的实验,研究了暗电流高的原因。并在生产中提出了相应的解决办法。

  1、引言

  在没有光照的条件下,给PN结加反偏电压(N区接正,P区接负),此时会有反向的电流产生,这就是所谓的暗电流。对太阳能电池而言,暗电流不仅仅包括反向饱和电流,还包括薄层漏电流和体漏电流。反向饱和电流是指给PN结加一反偏电压时,外加的电压使得PN结的耗尽层变宽,内建电场变大,电子的电势能增加,P区和N区的多数载流子数载流子(P区多子为空穴,N区多子为电子)就很难越过势垒,因此扩散电流趋近于零,但是由于结电场的增加,使得N区和P区中的少数载流子更容易产生漂移运动。在这种情况下,PN结内的电流由起支配作用的漂移电流决定。漂移电流的方向与扩散电流的方向相反,表现在外电路上有—个流入N区的反向电流,它是由少数载流子的漂移运动形成的。由于少数载流子是由本征激发而产生的,在温度一定的情况下,熟激发产生的少子数量是一定的,电流趋于恒定。太阳能电池片可以分3层,即薄层(即N区),耗尽层(即PN结),体区(即P区)。复合的过程始终伴随着载流子的定向移动,必然会有微小的电流产生,这些电流对测试所得的暗电流的值是有贡献的,由薄层贡献的部分称之为薄层漏电流,由体区贡献的部分称之为体漏电流。

  2、实验及分析

  在太阳能电池实际生产中,暗电流高的电池比例偏高,同碎片率一样,是影响电池成品合格率的两大主要因素之一。这些电池产生的原因多种多样极其复杂,我们经过长期大量的实验,分析了暗电流高与5A电池产生的具体原因,并在生产中提出了相应的解决办法。

  2.1硅片内在质量原因

  铸造多晶硅相对直拉单晶硅的制备工艺简单,成本较低,但控制杂质和缺陷的能力也较弱。铸造多晶硅中的氧、碳、氮、氢及金属杂质和高密度的晶界、位错以及微缺陷都有可能造成电池反向电流的增加。所以,在铸锭过程中应严格控制硅料的杂质含量,优化铸锭工艺,严格控制硅锭的杂质含量和电阻率等参数,严格控制微晶缺陷产生。图1显示的是经过线锯切割后受损伤的硅片表面情况,表面完全与硅基体剥离,大大影响了硅基体表面性质。

图1铸造多晶磕蜀出躺醐瞎惦受损伤的硅片表面情况

  2.2电池的加工工艺原因

  2.2.1制绒工艺

  1)润洗污染:在多晶硅片酸制绒的生产过程中,润洗系统内部会生成不溶性盐类,在对硅片进行润洗的过程中会污染硅片的表面,形成PN结缺陷,进而影响镀膜,在杂质处未镀膜或形成镀膜缺陷,烧结时污染,尤其是人为污染;优化电池加工各工序的工艺,避免机械损伤,对降低电池的暗电流有非常重要的作用。浆料会在在杂质处穿过薄膜层,造成电池的反向暗电流增大。

  2)风刀油水污染:主要是压缩空气中油水的污染。在制绒设备中,各工艺槽后均有风刀,其作用是去除硅片表面的化学液体和水。风刀用的气体为压缩空气,其中含有部分油和水的混合物,它会玷污硅片表面,从而形成表面缺陷。

  2.2.2扩散工艺

  PN结均匀性差,高方块电阻的硅片PN结相对较浅,相同的烧结条件下,PN结较浅的地方易被浆料穿透,造成漏电流偏大。在生产中应严格控制方块电阻的大小,调整合适的工艺,使方块电阻的均匀性提高,从而降低电池的暗电流。

[$page]  2.2.3湿法刻蚀工艺

  湿法刻蚀造成电池暗电流偏高的—个重要原因是刻蚀边缘较大,PN结遭到破坏,导致镀膜印刷烧结后漏电。湿法刻蚀的硅片,边缘较大主要有以下原因:

  1)湿法刻蚀溶液粘度不足,主要表现为刻蚀液中H2S04的浓度偏低;

  2)化学成分配比不适合;

  3)刻蚀槽流量过大;

  4)排风量调节不适合;

  5)传输速度慢等。

  所以适当调节湿法刻蚀工艺,在保证刻蚀深度的情况下,尽量减小边缘刻蚀宽度,从而在一定程度上可以减少高漏电电池比例。

  2.2.4不同的浆科,成分不同,性能不同,对电池的参数影响不同

  不同浆料对氮化硅膜的穿透能力不同,高温性能不同,从而造成电参数性能的较大差异。在烧兰占i型程中,应根据浆料的不同性质采用不同的烧结工艺。

  2.3人工污染的原因

  主要是人手接触硅片导致硅片受到污染,污染物主要是钠离子。下表中数据为制绒、扩散工序均采用机械手装卸载和制绒、扩散工序均采用人工收片和插片的电池参数对比数据:

  表1

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