电注入退火对P型直拉PERC单晶硅太阳电池电性能和抗LID效应的影响

以p型直拉PERC单晶硅太阳电池为研究对象,研究了电注入退火在不同的电流、时间和温度条件下,电注入退火前、后太阳电池的各项电性能参数的变化,以及经过5 kWh光致衰减(LID)实验后电池电性能参数的变化,实验均采用Halm电学性能测试仪进行测试和分析。结果表明,在目前的电注入设备条件下,以6.0A的电流在180℃温度下处理35min,最有利于p型直拉PERC单晶硅太阳电池由衰减态向再生态转变;电注入退火后,电池转换效率提升了0.8%;在经过5 kWh LID后,电池的转换效率相对于初始值仅降低了0.71%,证明电注入退火可有效降低p型直拉PERC单晶硅太阳电池的LID效应。

硅片表面织构对PERC单晶硅太阳电池电性能影响的研究

通过调整制绒腐蚀液添加剂中表面活性剂和成核剂的添加比例,制备出不同表面织构的硅片,研究了表面活性剂和成核剂的添加比例对硅片表面微观形貌和反射率,以及PERC单晶硅太阳电池电性能的影响规律。结果表明:随着表面活性剂添加比例的增加,腐蚀液对硅片的清洗效果逐渐增强,存在黑斑、麻点及脏污的太阳电池的占比逐渐减少;同时,单晶硅片表面形成的金字塔尺寸(宽度)逐渐减小,比表面积先增大后减小,从而导致太阳电池的光电转换效率呈现先升高再降低的规律;当表面活性剂的添加比例为0.6%时,太阳电池的光电转换效率达到最大值,为22.736%。随着成核剂添加比例的增加,单晶硅片绒面金字塔的均匀性逐渐提升,当成核剂的添加比例大于0.8%时,绒面金字塔的均匀性基本稳定,太阳电池的光电转换效率也达到最大值,为22.784%。

海外单晶硅太阳电池生产线建设的分析与研究

近些年,中国光伏产业进入存量市场的激烈竞争局面。海外光伏产业链建设需求庞大,应充分利用好自身优势,把握好“走出去”做大增量市场的机会。在分析海外光伏市场发展现状的基础上,对PERC、TOPCon、p型IBC、HJT单晶硅太阳电池技术的投资成本进行了拆解,并对采用这4种太阳电池技术路线的海外生产线的建设成本和设备投资回报进行对比;然后通过海外实际项目案例,对海外以PERC和TOPCon单晶硅太阳电池技术为代表的生产线建设情况进行了研究分析。分析结果显示:当前阶段,PERC单晶硅太阳电池生产线预留升级p型IBC单晶硅太阳电池技术和TOPCon单晶硅太阳电池技术是目前最适合在海外投资建厂的技术。

激光开槽对MWT+PERC单晶硅太阳电池性能影响的研究

金属缠绕穿透(MWT)技术和钝化发射极及背接触(PERC)技术叠加应用可获得较高的硅太阳电池转换效率,且可以降低硅材料的损耗,但不同的背面激光开槽工艺会对电池的电性能产生不同影响。在保证同批次单晶硅片的背面开槽率(2.10%)不变时,针对MWT+PERC单晶硅太阳电池工艺中的背面激光开槽工艺进行了研究。通过调节激光功率的大小来改变开槽宽度与开槽线间距的大小,从而探究不同开槽图形对MWT+PERC单晶硅太阳电池电性能的影响;同时在3D显微镜下观察不同开槽宽度时硅片表面的激光光斑质量,并采用扫描电子显微镜(SEM)观察不同开槽宽度时这类电池烧结后局部接触区域的形貌。结果表明,开槽宽度在33~35μm、开槽线间距为0.90±0.05 mm时,MWT+PERC单晶硅太阳电池的电性能及开槽形貌质量最佳。

基于激光掺杂的SE+PERC单晶硅太阳电池关键工艺的研究

在现阶段主流太阳电池生产设备的水平条件下,研究了激光频率、初始方块电阻和烧结峰值温度对基于激光掺杂的选择性发射极(SE)+PERC单晶硅太阳电池电性能的影响。分别采用奥林巴斯显微镜和Halm电学性能测试仪,分析了不同频率的激光在硅片表面形成的光斑形貌,以及不同实验条件时电池的电性能变化趋势。结果表明,激光频率为220 kHz时有利于在硅片表面形成连续性且不重叠的光斑,形成最佳重掺杂区,从而提升电池转换效率;基于现有的常压扩散设备的掺杂水平,在确保硅片表面方块电阻均匀性的情况下,初始方块电阻选择120Ω/□更有利于提升电池的转换效率;烧结峰值温度为790℃时,更有利于在电池电极位置形成良好的欧姆接触,从而获得最佳的电池转换效率。

PERC单晶硅太阳电池EL图像边缘发黑原因的研究

本文以PERC单晶硅太阳电池电致发光(EL)图像边缘发黑现象为研究对象,推测造成其EL图像边缘发黑的原因,并通过相关测试进行了原因验证。验证结果表明:制绒机烘干槽被NaOH污染是导致PERC单晶硅太阳电池EL图像出现边缘发黑的原因,通过调节机械手的参数、减少烘干槽中碱性液体的带入、优化制绒机内部的排风、减少制绒槽中NaOH蒸汽到烘干槽过程中的挥发、对烘干槽进行定期维护与清理等措施,可以杜绝此类EL图像边缘发黑的PERC单晶硅太阳电池的产生,从而可提高该太阳电池生产线的良品率。

一种高抗机械荷载PERC单晶硅太阳电池的设计

通过将采用不同电池工艺的PERC单晶硅太阳电池分别进行四点弯曲法测试,选出最优电池工艺,并将采用最优工艺的电池制作成组件,与常规PERC单晶硅光伏组件进行测试对比。结果表明,改良后的PERC单晶硅光伏组件比常规PERC单晶硅光伏组件的抗机械荷载能力强。

湿法刻蚀液配比对“SE+PERC”双面单晶硅太阳电池电性能影响的研究

在太阳电池制备过程中,刻蚀工序作为扩散工序后去除硅片p-n结的重要工序,除了具有将p区与n区断开防止正负极短路的作用外,还会对硅片背面绒面的状态产生影响,尤其是此工序后续还会影响“SE+PERC”双面单晶硅太阳电池的电性能。湿法刻蚀工艺中刻蚀液的配比不同,对抛光后硅片背面的绒面形貌产生的影响也会不同,从而会影响太阳电池对不同波段太阳光的利用率,导致制备的“SE+PERC”双面单晶硅太阳电池的光电转换效率存在差异。研究了湿法刻蚀工艺中不同刻蚀液配比条件下硅片背面的绒面形貌及反射率的变化规律,通过优化刻蚀液配比达到刻蚀后硅片背面绒面形貌及反射率的最佳状态,最终实现“SE+PERC”双面单晶硅太阳电池的光电转换效率提升0.05%。

“PERC+SE”单晶硅太阳电池氧化工艺研究

“PERC+SE”单晶硅太阳电池制备过程中,相较于传统的酸抛工艺,在碱抛光工艺之前(即氧化环节)先要制备氧化层SiO_(2)膜作为掩膜,以保护硅片正面。目前,行业内主要有2种制备SiO_(2)膜的方式,一种是采用管式扩散炉,另一种是采用链式氧化炉。从实际应用来看,相较于管式扩散炉,链式氧化炉的生产线兼容性更好,产能也更高;而从理论上来看,管式扩散炉比链式氧化炉制备的SiO_(2)膜更加致密,膜层对掺杂区域的保护也更好。对于这2种设备,从制备的SiO_(2)膜厚度,硅片氧化前、后和碱抛光后的方块电阻变化,以及制得的“PERC+选择性发射极(SE)”单晶硅太阳电池的电性能3个方面进行详细对比。结果显示:管式扩散炉与链式氧化炉制备的SiO_(2)膜对SE激光重掺杂区域的保护效果略有差别,但对太阳电池电性能的影响较小,可忽略。因此,结合生产线兼容性及产能情况,链式氧化炉比管式扩散炉更具有推广优势。

激光参数对“SE+PERC”单晶硅太阳电池电性能的影响

以添加了选择性发射极(SE)工艺的“SE+PERC”单晶硅太阳电池为研究对象,通过改变SE激光掺杂处理时的激光功率、激光频率和激光扫描速度这3个参数,研究了不同激光参数对硅片的方阻差值、激光光斑形貌、硅片绒面微观结构,以及“SE+PERC”单晶硅太阳电池电性能等方面的影响。研究结果表明:激光光斑重叠率随着激光频率的增大而增大,随着激光扫描速度的增大而减小,与激光功率无关;激光功率越大、激光频率越小或激光扫描速度越小,硅片的方阻差值越大,对硅片绒面金字塔结构的损伤越大。因此,“SE+PERC”单晶硅太阳电池生产线需结合自身情况,在SE激光掺杂处理时匹配合适的激光功率、激光频率和激光扫描速度等激光参数。研究结果对今后“SE+PERC”单晶硅太阳电池生产线选择合适的SE激光参数具有一定的参考价值。

低温低压氧化工艺对PERC单晶硅太阳电池性能影响的研究

以采用低温低压氧化工艺的PERC单晶硅太阳电池为研究对象,将在(600~700℃低温段、200mbar低压条件下制备的二氧化硅层作为PERC单晶硅太阳电池发射极表面的钝化层,并对该种太阳电池与未采用氧化工艺的PERC单晶硅太阳电池的性能进行测试及对比。测试结果显示:采用低温低压氧化工艺的PERC单晶硅太阳电池与未采用氧化工艺的PERC单晶硅太阳电池相比,光电转换效率可提高0.64%,方块电阻可增加8.3Ω/□,少子寿命可提高59.76μs,开路电压和短路电流可分别提高0.01080 V和0.13 A。由此可知,低温低压氧化工艺是提高PERC单晶硅太阳电池光电转换效率的有效途径。以期可为更高效PERC单晶硅太阳电池的制备提供参考。

网版参数对“SE+PERC”双面单晶硅太阳电池电性能影响的研究

针对“SE+PERC”双面单晶硅太阳电池制备过程中丝网印刷环节的网版参数,通过设计不同的网纱厚度、聚酰亚胺(PI)膜厚度及网版开口宽度匹配实验,研究了不同匹配方案对单片“SE+PERC”双面单晶硅太阳电池正面栅线银浆耗量及电性能的影响。研究结果表明:单片太阳电池正面栅线的银浆耗量随着网纱厚度、PI膜厚度及网版开口宽度的增加而升高;当网纱厚度为17μm、PI膜厚度为8μm、网版开口宽度为17μm时,单片太阳电池正面栅线的银浆耗量最低,仅为0.0584 g,光电转换效率为22.808%,该匹配方案可最大限度地降低太阳电池的生产成本;当网纱厚度为17μm、PI膜厚度为10μm、网版开口宽度为18μm时,单片太阳电池正面栅线的银浆耗量为0.0646 g,光电转换效率为22.898%;当网纱厚度为19μm、PI膜厚度为10μm、网版开口宽度为20μm时,单片太阳电池正面栅线的银浆耗量为0.0699 g,光电转换效率最高,为22.961%,该匹配方案可最大限度地提升太阳电池的光电转换效率。

掺硼直拉单晶硅棒不同位置硅片制备的PERC电池光衰及复原

为了探究产业化发射极和背面钝化电池(Passivated Emitter and Rear Cells,简称PERC电池)光衰以及复原随硅片在硅棒位置的变化规律,将一根产业化掺硼直拉单晶硅棒从头至尾每隔一定距离进行切割得到6组硅片。在测量了硼、氧、碳、过渡金属杂质含量以及少子寿命之后,采用标准化工业过程将它们制成PERC电池。然后,使用太阳电池I-V特性测试仪测量在45℃、1 sun、12 h光衰→100℃、1 sun、24 h复原→45℃、1 sun、12 h再光衰实验中各参数随时间的变化。结果表明,尾部硅片制备的PERC电池的效率、开路电压和短路电流具有最高的复原上升幅度,在第二次光衰时其不仅效率最高而且最初光衰的幅度也较小,这说明100℃、1 sun光强、24 h的复原条件足以让PERC电池内部的硼氧缺陷近乎完全失活。第二次光衰时效率在初始阶段的小幅光衰可归因于未达到复原状态的硼氧缺陷所致,也证明了达到复原状态的硼氧缺陷具有很好的抗光衰性能。

链式热氧化与槽式碱抛光工艺条件对PERC单晶硅太阳电池光电转换效率的影响

针对PERC单晶硅太阳电池制备工艺中3合1工序的链式热氧化工艺的氧化性能与槽式碱抛光工艺酸洗槽的去氧化能力的工艺窗口及匹配性进行了研究。首先设计实验分别测试链式热氧化工艺条件(包括温度、氧气流量)、槽式碱抛光工艺的酸洗槽液体浓度对扩散后硅片表面掺杂浓度及PERC单晶硅太阳电池光电转换效率的影响;再根据初步实验结果对链式热氧化工艺与槽式碱抛光工艺的匹配性进行分析,得到整体3合1工序的优化工艺方案;然后采用电化学微分电容电压(ECV)测试扩散后硅片表面掺杂浓度及结深的变化情况,对研究结果进行了佐证,最终达到提升PERC单晶硅太阳电池光电转换效率的目的。研究结果表明:3合1工序中的链式热氧化工艺与槽式碱抛光工艺对扩散后硅片表面掺杂浓度及PERC单晶硅太阳电池电性能存在重要影响,优化链式热氧化工艺的温度、氧气流量与槽式碱抛光工艺的酸洗槽液体浓度,提高二者的匹配性,使氧化能力与去氧化能力均达到临界点,可以最大程度地提高PERC单晶硅太阳电池的光电转换效率。

利用正交实验法探究掺硼p型单晶硅PERC电池的电致复原最优条件

为了减小掺硼p型单晶硅PERC电池的光衰,利用正交实验方法对其电注入复原处理条件进行了最优化研究。采用VS-6821M型太阳电池I-V特性测试仪测量PERC电池在复原处理前后及随后12 h光衰过程中效率的变化,以光衰12 h后的效率与复原处理前的效率的比值作为衡量复原处理工艺优劣的指标。三水平正交实验结果表明,不论是否考虑交互作用,在所研究的参数范围(10~30 min,140~200℃,6~18 A),电注入复原处理最优条件均为30 min,170℃,18 A。在此基础上,利用五水平正交实验进一步将电注入复原处理的最优条件优化为30 min,175℃,18 A。经最优化条件复原处理的电池相对于复原处理前的初始效率有1%~2%的增益,且电池效率在1 Sun光强、45℃、12 h光衰过程中基本保持稳定,12 h光衰后的效率比初始效率也有约1%的增益。

掺镓硅片电阻率对太阳电池性能的研究

本文将电阻率为0.2~4Ω·cm的掺镓硅片分别制备成常规铝背场电池和PERC电池,并对电池的少子寿命、电性能参数和光致衰减进行测量,研究了电池性能的差别,为掺镓硅片投入工业化生产提供了参考。实验结果表明:常规铝背场电池的转换效率随着电阻率的增加而增加,电阻率为3~4Ω·cm的电池转换效率最高为20.30%;PERC电池的转换效率随着电阻率的增加而减小,电阻率为0.2~1Ω·cm的电池转换效率最高为21.38%。

PERC单晶硅光伏组件EL明暗不均的研究

按不同电阻率对现有产线的硅片进行划分,通过对电池及组件EL测试的机理探索,系统地研究了不同电阻率硅片加工成太阳电池及组件后EL测试的差异,为解决PERC单晶硅光伏组件EL明暗不均的现象提供了方向,具有良好的实际应用价值。

光伏组件电池片光致衰减特性的研究

本文研究了直拉单晶硅棒不同位置切片制成的电池片光致衰减的特性,发现了硅棒不同位置沿晶体轴向氧浓度的变化趋势,探究了单晶硅棒氧含量和硼掺杂浓度对所制电池片光致衰减幅度的影响,并通过数据回归分析建立了单晶电池片光致衰减的数学模型,有利于人们根据单晶硅棒的硼掺杂浓度分析所制电池片光致衰减的情况,具有良好的实际应用价值。

2018年中国光伏技术发展报告(1)

1晶体硅材料和硅片研究进展1.1晶体硅材料发展概况硅材料是半导体工业中最重要且应用最广泛的半导体材料,是微电子工业和光伏产业的基础材料,具有含量丰富、化学稳定性好、无污染等优点。硅材料有多种晶体形式,包括单晶硅、多晶硅和非晶硅,应用于光伏领域的主要包括直拉单晶硅、薄膜非晶硅、铸造多晶硅、带状多晶硅等硅材料[1]。其中,直拉单晶硅和铸造多晶硅应用最为广泛,占太阳电池光伏材料90% 以上的市场份额。

2018年中国光伏技术发展报告(2)

1.3.2.4单晶硅品质的提升随着光伏市场的日益发展,硅片作为光伏组件的关键材料之一,对其品质的要求越来越高。太阳电池用直拉单晶硅硅片的质量,主要以提高少子寿命、增强光电转换效率为前提。而氧是直拉单晶硅中的主要杂质,其来源于熔硅与石英坩埚的反应,属于直拉单晶硅中不可避免的杂质。