1、硅片材料特性对电池综合性能的影响向巍向巍 黄宗明黄宗明电池基地电池基地 晶澳太阳能晶澳太阳能2October 6,2022晶澳太阳能VI应用培训l 太阳能晶硅电池工艺简介太阳能晶硅电池工艺简介l硅片材料特性对电池外观质量的影响硅片材料特性对电池外观质量的影响l硅片材料特性对电池电性能的影响硅片材料特性对电池电性能的影响3October 6,2022晶澳太阳能原料片u 成品片剖面图成品片正面背面 太阳能电池由硅片基底、正面结构、背面结构组成；其中硅片特性是影太阳能电池由硅片基底、正面结构、背面结构组成；其中硅片特性是影响电池综合性能的主要因素之一。响电池综合性能的主要因素之一。p 功能p 去除表
2、面油污和切割损伤层p 增大光接收面积p 降低反射率，增加太阳光的吸收比例u单晶绒面SEM图片p 化学用品p 多晶：HNO3+HFp 单晶：NaOH+酒精（或IPA）u多晶绒面SEM图片晶澳太阳能4October 6,2022p 在P型衬底的硅片上，在高温下形成表面磷掺杂，从而得到太阳能电池的关键部分-PN结。目前一般采用POCl3作为磷源，在卧式炉管中扩散。P type：硼掺杂N type：磷掺杂5晶澳太阳能October 6,2022p 在硅片表面沉积一层氮化硅减反射膜，以增加入射在硅片上的光的透射，减少反射。板式PECVD机台管式PECVD机台n0n2r1r21214/011dn4/011
3、2021dnnnn6晶澳太阳能October 6,2022p 印刷分为三部分电极印刷电池片烧结电池片检测电池片正面电池片反面正面电极：银浆背电场：铝浆背电极：银铝浆7晶澳太阳能October 6,20228October 6,2022序号硅片缺陷定义1外观缺口贯穿硅片的局部缺损，不允许崩边指硅片边缘或表面未贯穿晶片的局部缺损区域，大小需小于0.2mm*0.5mm，最多允许2个23裂纹硅片裂开缺陷，不允许4线痕线切过程中产生的明显可见的加工线缺陷，高度需小于15um6小亮边硅片侧面连续性微小崩边，多由粘胶面缺陷造成，长度需小于硅片边长的1/2，宽度需小于片厚的1/37表面脏污硅片的表面或侧面沾有
4、硅胶或油污等杂物，影响硅片外观和制绒效果的缺陷，不允许8尺寸厚度硅片中心厚度，需符合到货规格要求9TTV硅片最厚点和最薄点之差（5点），需小于25um10边长硅片边长，需符合1560.4mm11对角线硅片对角线长度，需符合219.20.5mm12电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/cm3要求13少子寿命硅片钝化后少子寿命，需符合30s要求14电阻率硅片表面电阻率，需符合0.8-3.cm范围要求晶澳太阳能硅片质量参数监控简介硅片质量参数监控简介9October 6,2022尺寸测量点位：尺寸测量点位：边长
5、测量方法：如图测量4条边的边长。TTV测量方法：测如图中5个点的厚度，5点中最大值与最小值的差为该硅片的TTV。对角线测量方法：测量如图所示的两条对角线长度。厚度的测量方法：测量如图所示的硅片中心点的厚度即是该硅片的厚度。质量参数监控方式简介质量参数监控方式简介晶澳太阳能10October 6,2022预清洗制绒 制绒后清洗 硅片装卸蓝 扩散边缘PN结刻蚀 硅片周转及PSG清洗 SiN镀膜丝网印刷 烧结测试分档 包装 扩散装卸舟硅片周转 硅片制绒硅片制绒：由于制绒过程是化学腐蚀和物理传动过程，若硅片表面存在缺陷，会导致制程碎片率升高。硅片周转硅片周转：由于硅片表面缺陷导致其表面承受应力降低，在
6、硅片周转过程中会造成碎片率上升，硅片表面缺陷扩大。硅片刻蚀硅片刻蚀：由于刻蚀过程是化学清洗和物理传动过程，若硅片表面存在缺陷，会导致制程碎片率升高。电池片印刷电池片印刷：由于硅片凸起或凹陷的线痕影响，会使栅线印刷效果降低，产生客户不可接受的外观缺陷（结点，栅线粗细不均）。电池片各生产制程中，有4类步骤均会对硅片表面缺陷产生扩大化影响，分别为：1.硅片制绒；硅片制绒；2.硅片刻蚀；硅片刻蚀；3.硅片印刷；硅片印刷；4.电池片加工过程电池片加工过程周转。周转。外观监控项与电池片生产相关性介绍外观监控项与电池片生产相关性介绍晶澳太阳能October 6,2022崩边：崩边：指硅片边缘或表面未贯穿晶片
7、的局部缺损区域，当崩边在硅片边缘产生时，其尺寸由径向深度和周边弦长给出；崩边崩边经过制绒、刻蚀等一系列电池制作工艺后容易经过制绒、刻蚀等一系列电池制作工艺后容易恶化，造成高比例的电池片崩边、缺口及碎片。恶化，造成高比例的电池片崩边、缺口及碎片。硅片崩边电池片崩边电池片缺口电池片碎片硅片缺陷与电池片相关性图例硅片缺陷与电池片相关性图例晶澳太阳能11October 6,2022缺口：缺口：贯穿硅片的局部缺损，按开口角度是否小于90分为V型缺口和钝形缺口；缺口经过制绒等一系列电池制作工艺后容易恶化，缺口经过制绒等一系列电池制作工艺后容易恶化，造成高比例的电池片缺口及碎片。造成高比例的电池片缺口及碎片
8、。硅片缺口电池片缺口电池片碎片硅片缺陷与电池片相关性图例硅片缺陷与电池片相关性图例晶澳太阳能12October 6,2022线痕：线痕：线切过程中产生的明显可见的加工线缺陷；硅片线痕会造成电池片印刷不良，包括结点和硅片线痕会造成电池片印刷不良，包括结点和粗细不均，同时由于丝网印刷的特殊性，一片线粗细不均，同时由于丝网印刷的特殊性，一片线痕会连续影响下面痕会连续影响下面3434片硅片印刷品质。片硅片印刷品质。硅片线痕电池片线痕电池缺陷局部图结点细栅线粗细不均硅片缺陷与电池片相关性图例硅片缺陷与电池片相关性图例晶澳太阳能13October 6,2022规则性线痕：规则性线痕：采用双向线切割方式产生
9、的明显可见规则性线痕；硅片规则性线痕会造成电池片水波纹，影响外观品质。硅片规则性线痕会造成电池片水波纹，影响外观品质。硅片规则性线痕电池片水波纹硅片缺陷与电池片相关性图例硅片缺陷与电池片相关性图例晶澳太阳能14October 6,2022表面脏污：表面脏污：硅片的表面或侧面沾有硅胶或油污等杂物，影响硅片外观和制绒效果的缺陷；镀膜后表面脏污电池片脏污硅片表面脏污硅片的表面硅片的表面污染污染，会造成会造成硅片外观和制绒效硅片外观和制绒效果的缺陷果的缺陷，影响电池片外观品质；甚至会对扩，影响电池片外观品质；甚至会对扩散造成交叉污染，带来不稳定因素。散造成交叉污染，带来不稳定因素。硅片缺陷与电池片相关
10、性图例硅片缺陷与电池片相关性图例晶澳太阳能15October 6,2022硅片粘胶面缺陷硅片粘胶面缺陷：硅片粘胶面一连串的小亮边，缺陷很小，与崩边相近；硅片粘胶面硅片粘胶面一连串的小一连串的小亮亮边，缺陷很小边，缺陷很小，与崩边及其相近与崩边及其相近，但经过制绒等相关工，但经过制绒等相关工艺后，缺陷容易恶化，造成电池片崩边、缺口及碎片，影响外观品质。艺后，缺陷容易恶化，造成电池片崩边、缺口及碎片，影响外观品质。硅片粘胶面缺陷电池片边缘缺陷硅片缺陷与电池片相关性图例硅片缺陷与电池片相关性图例晶澳太阳能1617October 6,2022A.Eta：转换效率：转换效率B.Uoc:开路电压开路电压C
11、.Isc：短路电流：短路电流D.FF：填充因子：填充因子E.Rsh：并联电阻：并联电阻F.Irev2：反向电流：反向电流2(-12V)晶澳太阳能厚度电阻率少子寿命C.O含量金属杂质位错晶界October 6,2022晶澳太阳能1819October 6,2022u 理想情况下，Isc随着厚度的增加而增加。基体对光的吸收增加，尤其是长波段的光。Sip 在标准的制程下，当片厚小于200m时，mc-Si太阳电池的主要性能参数开始减少。在降低硅片厚度以减少光伏成本时，要使用有效的表面钝化方法来减少表面复合与提高基区质量。晶澳太阳能 随着硅片薄化的趋势，硅片厚度除了对电池良率会产生负面影响，逐渐随着硅片
12、薄化的趋势，硅片厚度除了对电池良率会产生负面影响，逐渐会对效率产生负面影响。会对效率产生负面影响。11 马丁格林.太阳能电池工作原理、技术和系统应用M.上海交通大学出版社，2019.International Technology Roadmap for Photovoltaics工艺条件工艺条件片源片源电阻率电阻率少子寿命少子寿命ISCISCVOCVOCFFFFETAETA低方阻同一厂家1.84 16.90 1.0538 1.0400 1.0130 1.0544 1.40 12.40 1.0388 1.0417 1.0157 1.0438 高方阻同一厂家2.08 63.55 1.0563 1
13、.0417 1.0103 1.0563 1.60 33.79 1.0525 1.0433 1.0184 1.0625 高方阻不同厂家2.27 53.15 1.0525 1.0433 1.0169 1.0600 1.61 45.97 1.0488 1.0483 1.0191 1.0644 p 当电阻率较高时，其电流较高，但电压及填充相对较低；反之亦然。October 6,202220晶澳太阳能 电阻率对效率的影响较大，并且硅片电阻率电阻率对效率的影响较大，并且硅片电阻率-电池工艺有一定的匹配性。电池工艺有一定的匹配性。22 屈莹.不同电阻率太阳能电池制作工艺探索及电性能研究C.第十一届中国光伏大
14、会暨展览会会议论文集.2019.21October 6,2022电阻率电阻率标称功率标称功率浆料浆料衰减类别衰减类别衰减率衰减率1.404高档位-LID-1.80%低档位-LID-1.75%1.848高档位-LID-1.29%低档位-LID-1.71%l 衰减（衰减（LID)晶澳太阳能通常电阻率与电池通常电阻率与电池LID呈反比关系。呈反比关系。2p少子寿命是用于表征材料的重金属沾污及体缺陷的重要参数，少子寿命值越大，相应的材料质量越好。p 由于多晶硅片内部杂质和缺陷的不均匀性，其少子寿命分布也具有很大的不均匀性，而最终决定所做电池效率的是硅片少子寿命最小值。少子寿命Uoc Isc IRev2
15、RseRsh FFEta5.051.0277 1.0385 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 October 6,202222晶澳太阳能
16、通常硅片少子寿命和电池效率呈正比关系。通常硅片少子寿命和电池效率呈正比关系。33 张光春.尚德电力控股有限公司.硅片质量对太阳能电池性能的影响C.International Technology Roadmap for Photovoltaicsp 氧杂质的原生热施主和原生氧沉淀影响太阳电池效率p 氧与硼原子作用，形成B-O 复合体，会在光照下进一步降低太阳电池效率。p 碳杂质参与了氧沉淀或新施主的生成。p SiC 颗粒（柱状）October 6,202223晶澳太阳能硅片中碳、氧含量需要被监控，并控制在合适的规格内。硅片中碳、氧含量需要被监控，并控制在合适的规格内。44 杨德仁.杂质对太阳电
17、池材料的影响.C.第四届太阳硅材料会议,2019.324October 6,2022铁在硅中的存在形态：铁在硅中的存在形态：间隙态铁间隙态铁 铁沉淀铁沉淀 铁的复合物铁的复合物p 金属杂质及其沉淀或复合体都是少数载流子主要的复合中心晶澳太阳能金属杂质特别是过渡金属杂质对电池效率负面影响较大。金属杂质特别是过渡金属杂质对电池效率负面影响较大。1p 间隙态铁分布October 6,202225晶澳太阳能55 邓海，杨德仁等,铸造多晶硅中杂质对少子寿命的影响J.太阳能学报，2019.Vol.28.26October 6,2022p 沉淀铁 絮状黑色区域为沉淀铁的絮状黑色区域为沉淀铁的位错或晶界，其很
18、难通过吸位错或晶界，其很难通过吸杂去除杂去除晶澳太阳能66 Buonassisi T et al,Nature MaterialsJ,2019,4(9),676铸造多晶硅中的位错与热应力密切相关。铸造多晶硅中热应力的产生和分布是很复杂的，受多种因素影响，如升温速度、降温速度、热场分布等。但是一般来说，从晶锭底部到晶锭上部，位错密度呈“W”，即硅锭底部、中部和上部的位错密度相对较高.October 6,202227晶澳太阳能位错具有高密度的悬挂键，可以直接作为复合中心，导致少子寿命降低，位错具有高密度的悬挂键，可以直接作为复合中心，导致少子寿命降低，从而降低电池效率。从而降低电池效率。77 杨德
19、仁.浙江大学硅材料国家重点实验室.铸造多晶硅的缺陷C.EBIC_100 Kl晶粒大小：晶粒大小：110mml晶界垂直于表面晶界垂直于表面l没有污染的晶界没有污染的晶界铸造多晶硅的晶体生长过程中，首先形成很多的形核中心，而后晶体在形核中心上形核并生长。这样在凝固后，晶体是由许多晶向不同、尺寸不一的晶粒组成的，晶粒的尺寸一般在110mm 左右。在晶粒的相交处，硅原子有规则、周期性的重复排列被打断，存在着晶界。October 6,202228晶澳太阳能晶界处出现大量的悬桂键，形成界面态，复合严重从而降低电池效率。晶界处出现大量的悬桂键，形成界面态，复合严重从而降低电池效率。729边料边料中间料中间料October 6,2022晶澳太阳能晶澳太阳能电阻率变化规律电阻率变化规律88 刘振淮.铸锭多晶硅晶体质量的演变规律C.第七届中国太阳级硅及光伏发电研讨会.201930October 6,2022晶澳太阳能晶澳太阳能晶锭位置与少子寿命晶锭位置与少子寿命831October 6,2022晶澳太阳能晶澳太阳能电池效率与硅片位置关系电池效率与硅片位置关系 通过对完整晶棒的统计分析表明，轴向的电池效率分布有一定规律。通过对完整晶棒的统计分析表明，轴向的电池效率分布有一定规律。8 International Technology Roadmap for Photovoltaics
