太阳电池在反向偏压下的发光现象研究

:基于目前主流的常规多晶硅太阳电池生产工艺，对太阳电池在反向偏压下发出可见光的形成原因和发光机理进行了分析验证，结果表明，只有在“扩散”环节前引入金属污染才会导致该类异常电池产生，可见光的发射与局部预击穿及温度的升高有关。

（来源：微信公众号“太阳能杂志”ID：tynzz1980）

01实验

1.1 实验仪器

本实验中，电池的电性能测试采用HALM检测系统，热成像测试采用Fluke 公司的Ti55FT红外热像仪。

1.2 实验设计

目前市场上主流的常规多晶硅太阳电池生产工艺流程如图1 所示。本实验采用由松宫电子材料有限公司生产的多晶硅片，并基于同样的主流生产工艺制成太阳电池成品。在制备过程中，在不同环节人为地引入金属杂质污染，具体引入污染的环节及位置如表1 所示，由此制备出a、b、c、d 4 种实验样品；另外，按照同一主流生产工艺制成常规太阳电池作为对比组。制备完成后，通过测试观察哪种样品会在反向偏压下出现发光的现象。

02实验结果与讨论

2.1 电性能差异

通过HALM 检测系统对实验样品及对比组太阳电池进行测试，然后对比这些电池的电性能差异，具体对比结果如表2 所示。表2 中的电性能数据为实验样品太阳电池的电性能数据减去对比组太阳电池的电性能数据的差值，非绝对值。

从表2 的数据可以看出，4 种实验样品均表现出反向电流IRev2 明显增大且并阻值Rsh 明显降低。

其中，实验样品a 的并阻值下降幅度相对较小，反向电流上升幅度相对较大，与实验样品b、c、d 存在差异。造成这一现象的原因可能与污染的严重程度、“扩散”环节制造p-n 结的过程，以及后续的“湿刻去PSG”环节有关。

2.2 外加反向偏压时实验样品的表现

各实验样品的外观如图2 所示。其中，实验样品a 的外观无明显异常，实验样品b、c、d 的外观均展现出不同程度的异常。对实验样品的外观产生异常的原因进行分析。实验样品a 的污染发生在“扩散”前，由于“扩散”后的“湿刻去PSG”会将硅片表层污染清洗掉，因此该样品的外观异常不明显。而实验样品b、c、d 均为在“湿刻去PSG”之后再引入金属污染，因此实验样品外观的异常相对明显。

对4 种实验样品均外加10 V 的反向偏压，使用Fluke 公司的Ti55FT 红外热像仪测试外加反向偏压时实验样品的热成像，结果如图3 所示。热成像图像显示，4 种实验样品的污染位置均有明显的发红现象，这与表2 中反向电流值较大这一结果相一致。此外，实验样品a 在外加反向偏压时，污染位置还存在明显的发光痕迹，如图4 所示；而实验样品b、c、d 在外加反向偏压时，样品外观无明显变化。

2.3 对实验结果的讨论

对实验样品a 外加反向偏压时外观发光的原因进行分析。在现有的生产工艺中，为制备p-n 结，“扩散”环节需经过长时间的高温以推进扩散，因此，在“扩散”前引入的金属杂质原子会更容易扩散至p-n 结的耗尽区或接近耗尽区的位置。当太阳电池处于反向偏压时，其耗尽区的电场会得到增强，导致耗尽区范围加大，有可能使那些在零偏压下原本处于耗尽区之外的杂质缺陷进入耗尽区中，如图5 所示。进入耗尽区的杂质缺陷会导致局部电场的弯曲和进一步增强，在这些位置实现局部预击穿。预击穿导致的反向电流会引起对应位置的温度升高，与热成像发红的表现一致。光发射与反向电流密度及温度呈正相关。

03结语

本文基于目前主流的常规多晶硅太阳电池生产工艺，对太阳电池在反向偏压下发出可见光的形成原因和发光机理进行了分析和验证，发现只有在“扩散”环节前引入金属污染，才会在外加反向偏压时发生发光现象。这一发现有助于现场技术人员尽快锁定存在污染的环节并进行改善，可缩短异常排查时间，对降低产线不良率有一定的积极作用。

原标题:太阳电池在反向偏压下的发光现象研究