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贺利氏·解读丨PERC技术的LID与烧结工艺

发布日期:2016/11/11 12:20:27
PERC技术可以说是目前光伏行业中最被热捧的高效电池片技术。目前,全球大概有10%的电池片生产厂家已经引入了PERC技术,而且这一数字有望在接下来的几年内达到35%。
机遇往往伴随着挑战。

在PERC电池现在所面临的挑战中,P型晶硅PERC电池结构的光致衰减效应(LID)是现在业界被讨论最多,最迫切需要被解决的问题之一。各大电池片制造厂商、设备供应商、研究机构都对LID的机理及解决方案投入了大量的研究。

LID的机理目前尚未下定论,比较多的观点是硅基中的硼—氧对(B—O)及铁—硼对(Fe—B)的存在,与PERC电池的LID现象有着联系。


■导读
近期,多位研究者发表了新的研究报告,认为LID现象的触发与电池烧结工艺有关。

在ISFH于今年发表的报告中指出,在晶硅电池片制造工艺中,烧结工艺是对LID现象影响力最为显著的部分。只有当烧结温度高于某一特定的温度值时,才能观察到晶硅电池的LID现象。降低烧结温度至一定温度,可以有效的避免LID现象。


Fig1. 650°C和900°C下烧结的P型晶硅电池片LID情况

ISFH对比了分别使用650°C及900°C作为峰值温度的烧结工艺,发现650°C烧结的电池片,其有效少数载流子寿命几乎不会伴随光照而产生衰减。而烧结峰值温度为900°C的电池片,其有效载流子寿命明显低于前者,并且伴随光照有较大幅度的快速衰减、长时间的慢速衰减,直至重新恢复。

在新南威尔士大学的一项研究中,研究者针对P型晶硅PERC电池的烧结温度对LID的影响进行了更为细化的研究。


Fig2.  不同烧结温度下PERC电池少子寿命的光致衰减情况

研究者测试记录了在烧结前后及加速的光致衰减过程中,PERC电池中的有效少数载流子寿命,并得到如下结论:

1)烧结的峰值温度越高,电池中的有效少数载流子寿命对光照越敏感;

2)烧结工艺是LID现象的触发点,在未经过烧结的样品没有观察到光致衰减效应。

同时,在这个研究中,随着烧结温度逐步上升至630°C,烧结后的少数载流子寿命呈上升趋势,这可能是由于来自硅表面钝化层的氢注入随着温度升高而增加导致;而当烧结温度超过了630°C后,烧结后的少子寿命不再随着烧结温度的提高而上升,这一现象可能是由于来自钝化层的氢注入不再增加,或者是高温对于钝化层的损伤。


Fig3.  PERC电池的LID与烧结温度关系图

从图3中我们可以更直观的看到,随着烧结峰值温度的上升,硅基中的有效少数载流子寿命随之增加,当烧结峰值温度上升至一定值,硅基中的有效少数载流子寿命增至最大,随后开始下降;而电池片的光致衰减效应,在这个温度点开始出现。

在以上报告中所提到的烧结峰值温度,根据其测试方法及定义的不同,其绝对值均有其特定性,只可作为参考,与生产过程中应用的实际温度还有一定偏差。但是我们可以得到一个明确的结论——在常规的P型晶硅PERC电池生产过程中,可以通过一定幅度的降低烧结峰值温度的方法,有效的减少LID效应对电池及组件效率的损耗。

这一解决方案直观,有效,且不需要添加更多的设备及工艺步骤,对PERC电池的生产而言,是最为简便的一个解决方案;然而对于银浆而言,却是一个大的挑战。我们知道,常规晶硅电池的烧结峰值温度(硅片表面实际温度,DATAPAQ测试)大概在810°C,这一温度是大大高出前文提到的LID效应的触发点的。

如何让银浆能够在较低温度的烧结条件下,仍保持良好的接触性能及线电导率性能,是贺利氏着重探索的课题,并且已经得到了一些进展:

? 通过使用全新的玻璃体系,使得PERC正面银浆在低温烧结条件下仍能保持良好的接触性能。


Fig4. 低温烧结条件下仍保持优秀接触性能的PERC银浆

? 全面的优化银浆体系,使得金属栅线在低温烧结后保持良好的金属致密性,不仅可以获得优良的电池表面栅线的电导率,同时也提高了着焊接过程的可靠性和附着力。


Fig5. 低温烧结条件下仍保持金属致密性的PERC银浆

有关PERC技术的研究和探索还在继续,但我们已经看到了这项技术的巨大前景。相信在工程师们的不懈努力下,PERC技术能够给太阳能电池带来更多增益。

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