导致太阳能电池组件的衰减的原因及对策.pdf

导致太阳能电池组件的衰减的原因及对策硅片质量对太阳能电池性能的影响，主要涉及少子寿命、早期光致衰减、 位 错对电池性能的影响，浅谈组件功率下降的原因与解决方式等 一、相关概念 1、 少子 少子，即少数载流子，它相对于多子而言半导体材料中有电子和空穴两种 载流子如果在半导体材料中某种载流子占少数，导电中起到次要作用，则称它 为少子如，在 N 型半导体中,空穴是少数载流子，电子是多数载流子；在 P 型 半导体中,空穴是多数载流子,电子是少数载流子 2、光致衰减 对于硼掺杂的 Cz 法生长的单晶硅太阳能电池，当它暴露于光照下时，电池 性能会衰减，并最终达到一个稳定的效率，这种现象叫作光致衰减 3、 热斑 太阳电池热斑是指太阳电池组件在阳光照射下， 由于部分组件受到遮挡无法 工作， 使得被遮盖的部分升温远远大于未被遮盖部分，致使温度过高出现烧坏的 暗斑热斑可能导致整个电池组件损坏，造成损失因此，需要研究造成热斑的 内在原因， 从而减小热斑形成的可能性太阳电池热斑的形成主要由两个内在因 素构成，分别与内阻和太阳电池自身暗电流大小有关 4、 反向电流（reverse current） 反向电流原本是针对二极管提出的一个概念， 当二极管反向偏置的时候本来 应该是不导通的，没有电流；但是实际在二极管两端加反向电压的时候，会有微 弱的电流流过二极管，这个电流就是反向电流。

从反向电流和漏电流都可以判断 Si 片中杂质含量高低 5、 暗电流（dark current）与暗电流曲线 指无光照条件下，P-N 结在不同电压下的电流暗电流曲线是指太阳能电池 在没有光照下的电压－电流（IV）曲线，测试方法与光电流一样，只是必须完全 隔绝光线 测量暗电流的意义在于表征电池的整流效应 好的电池应该有比较高的整流 比， 也就是正向暗电流比反向暗电流高越多越好电流的整流效应与电池开路电 压有关 二、少子寿命对电池性能的影响 少子寿命是指半导体材料在外界注入（光或电）停止后，少数载流子从最大 值衰减到无注入时的初值之间的平均时间少子寿命值越大，相应的材料质量越 好 电池片从线上下来测试的时候，如果是烧结后的测试，在电场的作用下少子 会定向移动， 一般少子是由半导体本征激发而产生，暗电流过大会导致开路电压 变小，直接导致转换率下降，然而暗电流过小的话，说明少子的量少，少子少说 明少子寿命短，在少子被激发出来后很快的被复合掉 少子寿命由少子的有效质量和散射有关，有效质量是与能带结构决定，一般 片子都是固定的，有效质量也是固定的，所以少子寿命主要与散射有关，散射分 离子散射，缺陷散射，和晶格散射等，如果片子内部缺陷多，离子多，晶格震动 越厉害，散射率越明显，散射率越大，少子寿命大大越低，此外散射还与温度有 关，温度越高，内部的微观运动越剧烈，导致散射率变大，少子寿命下降，少子寿命下降直接导致片子的短路电流减小，导致转换率下降，因此通过判断暗电流 的大小，我们可以知道片子的基本状况，是好是坏，坏在哪里也就一清二楚了。

三、早期光致衰减对电池性能的影响 1、 光伏组件输出功率的衰减的两个阶段 第一个阶段， 我们可以把它称作初始的光致衰减，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 发生的主要原因是光照或电流注入导致硅片中的硼和氧形成硼氧复合体， 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，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 其中第一阶段的早期光致衰减是由硅片质量问题导致的 2、 早期光致衰减的危害 （1）危害 早期光致衰减一方面会引起组件功率在使用的最初几天内发生较大幅度的 下降，使标称功率和实际功率不符；另一方面，如果同一组件内各个电池片光致 衰减不一致，会造成原本分选时电性能一致的电池片，经过光照后，电性能存在 很大偏差，引起组件曲线异常和热斑现象，导致组件早期失效热斑电池的温度 与周电池的温度相差较大，过热区域可引起 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 （2）如何如何消除或减小热斑 为了防止太阳电池由于热斑效应而遭受破坏， 最好在太阳电池组件的正负极 间并联一个旁路二极管，以避免光照组件所产生的能量被受遮蔽的组件所消耗， 该二极管的作用是当电池片出现热斑效应不能发电时，起旁路作用，让其它电池 片所产生的电流从二极管流出， 使太阳能发电系统继续发电，不会因为某一片电 池片出现问题而产生发电电路不通的情况。

能解决热斑的二极管很多,但目前的关键是选择结温最低的，产生热斑时， 很大的电流将通过二极管，较短时间内，二极管的温度将上升很快，直至超过接 线盒内部构件的融化温度，接线盒将被烧毁 在 IEC 61215 第二版中，有二极管发热测试，其方法如下：把组件放在 75 度烘箱中至热稳定，在二极管中通组件的实际短路电流，热稳定后（例如 1h）， 测量二极管的表面温度，根据以下公式计算实际结温 Tj=Tcase + R*U*I 其中 R 为热阻系数，由二极管厂家给出，Tcase 是二极管表面温度（用热电偶测出） ， U 是二极管两端压降（实测值） ，I 为组件短路电流计算出的 Tj 不能超过二极管 规格书上的结温范围 所以，对于这个测试，选择二极管要看以下几个量：电流（大的好） 、最大 结温（大的好） 、热阻（小的好） 、压降（小的好） 、反向击穿电压（一般 40V 就 远远够了） 3、 解决办法 1）改善硅单晶质量 A.利用磁控直拉硅单晶工艺 此工艺不仅能控制单晶中的氧浓度，也使硅单晶纵向、径向电阻率均匀性得 到改善，但需配置磁场设备并提供激磁电源，增加成本和工艺难度； B.使用掺磷的 N 型硅片从目前产业化的丝网印刷 P 型电池工艺来看， N 型电池在转换效率和制造成 本上还没有优势，一些关键工艺有待解决 C.用稼代替硼作为 P 型掺杂剂 由于稼在硅中的分凝系数为 0.008，远小于硼的 0.8，这使得掺稼单晶硅棒的 电阻率分布相对掺硼单晶较宽，但对于市场上单晶硅电池要求电阻率为 0.5-6 欧 姆的规格范围，这并不是个问题，现有电池工艺完全可以接受。

采用稼替代硼作为 P 型掺杂剂的优势主要有： ①对现有拉晶设备和工艺无任何影响，仅需将硼掺杂剂改为稼掺杂剂； ②对现有电池制造工艺无任何影响； ③每 50 千克硅料仅需掺稼 1~2 克，成本约为 10 元 2）电池片光照预衰减 四、位错对电池性能的影响 硅片中存在着极高的位错密度，成为少数载流子的强复合中心，最终导致电 池和组件性能的严重下降 五、太阳能电池生产工艺中每个工序的工艺难点 1、制绒的工艺难点是绒面金字塔要小而均匀，没有手指印，花篮印，色差， 发白等现象； 2、扩散是核心工序，难点是方块电阻不均匀，以及 PN 结的深浅控制（结 合硅片情况） ； 3、去边要求刻去边上的 PN 结，对与刻边的控制，刻后漏电流要小； 4、去 PSG 就是去除表面的磷硅玻璃，腐蚀过后表面清洁，沥水效果好； 5、 减反射膜主要是控制膜的厚度 （最佳厚度为 1/4 光波长） ， 以及没有色差； 6、印刷可以说是比较重要的环节，背面铝浆的厚度，栅线的宽度和高度， 要求浆料的粘稠度要和网板匹配起来， 和硅片的具体情况匹配才能达到比较好的 效果 7、烧结要重要的是温度以及履带的速度控制，这要根据硅片以及浆料的具 体情况调整到比较好的范围。