晶硅太阳能电池光致衰减问题讨论.doc

光伏组件输出功率光致衰减问题的讨论报告内容提要引言 （一）P 型(掺硼)晶体硅太阳电池初始光致衰减机理 掺硼) （二）P 型(掺硼)晶 体硅片少子寿命及太阳电池光致衰减试验 掺硼)晶体硅片少子寿命及太阳电池光致衰减试验 （三）光伏组件的初始光致衰减试验 （四）光伏组件输出功率初始衰减问题的解决方案2引言光伏组件输出功率的衰减可分为两个阶段： 光伏组件输出功率的衰减可分为两个阶段：第一个阶段，我们可以把它称作初始的光致衰减， 第一个阶段 即光伏组件的输出功率在 刚开始使用的最初几天 内发生较大幅度的下降，但随后趋于稳定导致 这一现象发生的主 要原因是 P 型（掺硼）晶体硅片 中的硼氧复合体降低了少子寿命 第二个阶段，我们可以 把它称作组件的老化衰减， 第二个阶段 即在长期使用中出现的极缓慢的功率下降，产生 的主要原因与电池缓慢衰减有关，也与封装材料 的性能退化有关3引言为什么光致衰减现象又被关注：P 型(掺硼)的太阳电池的光致衰减现象是在七十年 代发现的，为什么近期光伏产业界 和研究机构又 对此产生了较大的关注呢？其主要原因是由于光 致衰减导致的一些光伏组件 的功率下降幅度远 远超出了客户所能接受的范围，这就使组件制造 商面临着潜在的赔偿风 险。

4引言导致光伏组件功率出现早期下降的主要原因有：（一）硅片质量差，导致电池出现较大幅度的初始光致5衰减； （二）组件制造工艺不合理，出现诸如电池片隐裂、 EVA 交联度不好、脱层、 焊接不良等质量问题． （三）些组件制造商功率测试不准确或有意在输出功 率上虚报一. P 型(掺硼)晶体硅太阳电池初始光致衰减机理30 多年前，H. Fischer and W. Pschunder 等人首次观察到 P 型（掺硼）晶 体硅太阳 电池的初始光致衰减现象．6一. P 型(掺硼)晶体硅太阳电池初始光致衰减机理大家基本一致的看法是： 大家基本一致的看法是：光照或电流注入导致硅片中的硼和氧形成硼氧复合体，从而使少子寿命降 低，引起电 池转换效率下降，但经过退火处理，少子寿命又可被恢复，其 可能的反应为：7光照或电流注入 Bs＋ Bs＋2Oi 少子寿命高） （少子寿命高） 退火处理 BsO2i 少子 寿命低） （少子寿命低）一. P 型(掺硼)晶体硅太阳电池初始光致衰减机理8据文献中报道： 据文献中报道 （一）含有硼和氧的硅片经过光照后出现不同程度的 衰减（如图 2、图 3、图 4 所示） 硅片中的硼、氧 含量越大，在光照或电流注入条件下产生的硼氧 复合体越多，少子寿命降低的幅度就越大。

(二）在低氧、掺镓、掺磷的硅片中 少子寿命随光照 时间的衰减幅度极小一. P 型(掺硼)晶体硅太阳电池初始光致衰减机理9图 2 低氧掺硼、有氧掺磷、有氧掺硼的 Fz 硅片 和有氧掺硼 Cz 硅片少子寿命衰减随光 照时间的关系(2)一. P 型(掺硼)晶体硅太阳电池初始光致衰减机理10图 3 掺硼、掺镓、掺磷的 Cz 硅片和硼掺杂的 MCZ 硅光照前后少数载流子寿命的变化(3)一. P 型(掺硼)晶体硅太阳电池初始光致衰减机理11图 4 不同硼掺杂浓度硅片的少子寿命随时间的变化关系(4)掺硼)晶体硅片少子寿命及太阳电池光致衰减试验 二. P 型(掺硼)晶体硅片少子寿命及 太阳电池光致衰减试验(一）P 型（掺硼）单/多晶硅片少子寿命的光致衰减试验 １．原始硅片的光致衰减试 验 硅片不做任何处理，测试光照前和光照后的少子寿命12试验结论： 从图 5 可以看出，单/多晶 裸硅片若不经过清洗钝化， 其少子寿命几乎随 着光照 时间变化不大，这是因为 硅片表面复合中心占主导 地位，掩盖了光照对体少 子寿 命的影响，因此对不 经过清洗、钝化的裸硅片， 无法确定少子寿命与光照 时间的对应关 系，也就无 法判断硅片的质量．单晶裸硅片的少子寿命随时间的衰减图1.2多晶裸硅片的少子寿命随时间的衰减图1.21.01.00.80.8 少子寿命 us少子寿命 us0.60.6M10.4M2M30.4M1M2M30.20.20.00.0010 min 30 min1h 时间 H2h3h4h010 min 30 min1h 时间 H2h3h4h图 5 未经清洗、钝化的单/多晶裸硅片少子寿命随时间的变化关系掺硼)晶体硅片少子寿命及太阳电池光致衰减试验 二. P 型(掺硼)晶体硅片少子寿命及 太阳电池光致衰减试验13２．表面钝化硅片的光致衰减试验 去除硅片损伤层＋硅片清洁+硅片表面钝化（碘酒） ， 测试光照前和光照后的少子寿命。

试验结论： 试验结论：140钝化后单晶硅片少子寿命和光照时间的关系40钝化后多晶硅片少子寿命衰减和时间的关系样品 1样品 135钝化后硅片的表面复合已不 占主要地位， 占主要地位，而以体内复合 为主， 为主， 且硅片的体少子寿命 随光照而衰减 随光照而衰减不同质量的 材料在光照之后其少子 寿命 衰减幅度有较大差别， 衰减幅度有较大差别，由此 基本可以预测出用此硅片制 作的 电池的初始光致衰减的 程度以及可达到的最高电池 转换效率 转换效率120样品 2100样品 2 样品 3样品 3少子寿命 us0 10 min 30 min 时间 1h 2h 3h 4h 6h30少子寿命 us2580206015 40 10 20 5 0 0 0 10 min 30 min 1h 时间 2h 3h 4h 6h图 6 清洗、钝化后单/多晶硅片少子寿命和光照时间的关系掺硼)晶体硅片少子寿命及太阳电池光致衰减试验 二. P 型(掺硼)晶体硅片少子寿命及 太阳电池光致衰减试验３．表面钝化硅片的光致衰减及退火恢复试验 将这些光照衰减后的硅片进行退火处理， 硅片的寿命得到很大程度的恢复 这和文献中的报道是一致的，如图 7 所示。

单晶硅片光照少子寿命恢复1440 35 30 少子寿命（us） 25 20 15 10 5 0 光照前 光照后硅片 1 硅片 2 硅片 3退火后图 7 单晶硅片少子寿命经过退火后恢复掺硼)晶体硅片少子寿命及太阳电池光致衰减试验 二. P 型(掺硼)晶体硅片少子寿命及 太阳电池光致衰减试验 15（二） ．P 型（掺硼）单/多晶硅太阳电池的初始光致衰减试验 １．未封装的单晶硅单 体太阳电池的初始光致衰减试验单 晶 电 池 片 光 照 前 后 I－ V 曲 线 6单晶电池片光照前后电池 I-V 曲线 65544 电流 I电流 I3 2 1 0 0 0.2 0.4 电压 V 0.6 0.8 光照前 光照后3光照前2 1 0 0 0.2 0.4 电压 V 0.6 0.8光照后图 10 单晶（相对衰减 0.8%）电池 I-V 曲线图 8 单晶电池（相对衰减 5.7%）I-V 曲线掺硼)晶体硅片少子寿命及太阳电池光致衰减试验 二. P 型(掺硼)晶体硅片少子寿命及 太阳电池光致衰减试验２．未封装的多晶硅单体太阳电池的初始光致衰减试验多晶电池片光照前后 I-V 曲线6 多晶电池片光照前后 I-V 曲线166554 电流 I4 电流 I 3 2 1 0 0 0.2 0.4 电压 V 0.6 0.8 光照前 光照后光照前3 2 1 0 0 0.2 0.4 电压 V 0.6 0.8光照后图 11 多晶（相对衰减 0.2%）的电池 I-V 曲线图 9 多晶电池（相对衰减 3.64%） 的 I-V 曲线掺硼)晶体硅片少子寿命及太阳电池光致衰减试验 二. P 型(掺硼)晶体硅片少子寿命及 太阳电池光致衰减试验３．光照前后电池片的量子效率对比 光照后，长波响应变差，这表明光照后电池片体 内的少子寿命已发生了衰 减。

光照前后电池片的量子效率对比1.0 0.9 0.8 0.7 IQE & EQE 0.6 0.5 0.4 0.3 0.2 0.1 0.0 300 400 500 600 700 波 长 (nm) 800 900 1000 1100 衰减前 EQE 衰减前 IQE 衰减后 EQE 衰减后 IQE17掺硼)晶体硅片少子寿命及太阳电池光致衰减试验 二. P 型(掺硼)晶体硅片少子寿命及 太阳电池光致衰减试验４．电池片光照后的退火处理 选取不同衰减程度的电池片进行退火处理，效率也得到 很大程度的恢复， 这和文献中的报道一致单晶电池片效率衰减恢复图 17.0 16.5 16.0 电池效率（%） 15.5 15.0 14.5 14.0 13.5光照前 光照后 退火后 样品 1 样品 2 样品 318当前硅片质量的状况：１．主流电池片的相对衰减：单晶电池片不超过 主流电池片的相对衰减： 1%，多晶电 池片不超过 0.5% 0.5% 1%，多晶电池片不超过 0.5% 某些质量很差的硅片做成电池后， ２．某些质量很差的硅片做成电池后，其相对衰 减接近６ 单晶） 4%（多晶） ， ） ，这些衰 减接近６%（单晶）和 4%（多晶） ，这些衰 减大的电池片是需要我们关注的。

减大的电池 片是需要我们关注的 个别质量特别差的硅片做成电池后， 3. 个别质量特别差的硅片做 成电池后，其相对衰减 超过１０ １０% 单晶） ， ） ，对这种特别 超过１０%（单晶） ，对这 种特别 差的材料进 行理化分析，发现其中的硼、 行理化分析，发现其中的硼、磷 等杂质 含量 都是严重超标 都是严重超标三．光伏组件的初始光致衰减试验20光伏组件的核心组成部分就是太阳电池，如果太 阳电池的性能发生率减，就必然导致 光伏组件的 输出功率下降，并极易在组件中引起热斑. ? 若电池串与串之间电流不一致， 在接了旁路二极 管的组件特性曲线上可看到“台阶曲线” ? 通过测量光照前后组件的输 出特性曲线和红外成 像分析,可以考察组件的初始光致率减现象．三．光伏组件的初始光致衰减试验（一）正常组件的输出特性曲线及红外成像21图 13 正常组件的 IV 特性曲线图 14 正常组件的红外成像（温度相差仅 1.4℃）三．光伏组件的初始光致衰减试验（二）组件光照后，输出特性曲线及红外成像a. 如果电池的衰减基本一致，尽管输出功率下降，但 I-V 曲线还是正常的，也 无热斑 出现，其曲线和红外图像与正常组件类似。

b. 如果电池的衰减不一致，将导致 I－V 曲线 出现台阶，如图 15 所示22图 15 小台阶大台阶三．光伏组件的初始光致衰减试验c. 有热斑组件的红外成像 对于出现台阶曲线的组件用红外成像检查，可发现有些组件 出现热斑，如 图 16 所示：这种热斑的温度与周围电池的温度相差较大，过热的区域可引 起 EVA 加快老化变黄，使该区域透光率下降，从而使热斑进一步恶化，导 致组件的早期失 效23异常组件的红外成像，出现热斑（温度相差 11.3℃） 图 16 异常组件的红外成像，出 现热斑（温度相差 ℃案例分析我们对某硅片供应商提供的一批质量极差的硅片进行了全过程的跟踪试验， 将转换效 率为 16.%的电池片，经弱光光照 1.5 小时后(光源为节能灯 11W X 40 只)，发现电池片转换 效率大幅衰减，且离散性也很大，效率最高的为 15.4%，最低的仅为 13%，如图 17 所示360 330 300 270 240 210 180 150 120 90 60 30 0 329 276 280 27924数量180196122 99 61 47 53 44 7 15.4 15.2 15 14.8 14.6 14.4 14.2 14 转换效率 13.8 13.6 13.4 13.2 13图 17 质量极差的硅片做成的电池片，弱光光照后效率分布图案例分析将光照后的电池重新检测分档，按转换效率的分布情况做成 14 块组件，组 件经太阳光 光照后的功率又进一步下降，如图 18 所示：25结论； 结论； １．光照强度影响组件功率的衰减 幅度． 幅度． ２．尽管普通的节 能灯没有使该电 池片衰减到稳定的程度， 池片衰减到稳定的程度，但是通过光 照后二次 分选剔出了效率衰减大的电 池片， 池片，使每个组件内电池片性能基本 一致。