單晶硅片質(zhì)量對(duì)光伏電池性能的影響

單晶硅由于其本身內(nèi)部完整的晶體結(jié)構(gòu)，其光伏電池效率明顯高于多晶硅電池。然而，單晶硅內(nèi)部雜質(zhì)和晶體缺陷的存在會(huì)嚴(yán)重影響太陽(yáng)能光伏電池的效率，比如：

(a)光照條件下B-O復(fù)合體的產(chǎn)生會(huì)導(dǎo)致單晶電池的早期光致衰減；

(b)內(nèi)部金屬雜質(zhì)和晶體缺陷（位錯(cuò)等）的存在會(huì)成為少數(shù)載流子的復(fù)合中心，影響其少子壽命，導(dǎo)致電池性能的下降。

一、少子壽命對(duì)光伏電池性能的影響

少子壽命是指半導(dǎo)體材料在外界注入（光或電）停止后，少數(shù)載流子從最大值衰減到無(wú)注入時(shí)的初值之間的平均時(shí)間。少子壽命是用于表征材料的重金屬沾污及體缺陷的重要參數(shù)，少子壽命值越大，相應(yīng)的材料質(zhì)量越好。少子壽命已成為生產(chǎn)線上常規(guī)測(cè)試的一個(gè)參數(shù)。我們選取某供應(yīng)商某批單晶硅片進(jìn)行實(shí)驗(yàn)，將硅片按不同少子壽命區(qū)分后，按正常電池工藝做成電池，其少子壽命和電池效率具有很好的對(duì)應(yīng)關(guān)系，如下圖所示：

圖1 少子壽命和電池效率對(duì)應(yīng)圖

二、早期光致衰減對(duì)電池性能的影響

早期光致衰減機(jī)理

P型摻硼晶體硅太陽(yáng)電池的早期光致衰減現(xiàn)象最早在30多年前就有相關(guān)報(bào)道。大量的科學(xué)研究發(fā)現(xiàn)它與硅片中的硼氧濃度有關(guān)，大家基本一致的看法是光照或電流注入導(dǎo)致硅片中的硼和氧形成硼氧復(fù)合體，從而使少子壽命降低，但經(jīng)過(guò)退火處理，少子壽命又可恢復(fù)，其反應(yīng)為：

正是由于摻硼單晶硅在光照條件下硼氧復(fù)合體的生成，引起少子壽命的下降，最終導(dǎo)致太陽(yáng)電池和組件功率的下降。

光致衰減的危害

光伏組件的早期光致衰減

1、會(huì)引起組件功率在使用的最初幾天內(nèi)發(fā)生較大幅度的下降，使標(biāo)稱(chēng)功率和實(shí)際功率不符，使組件供應(yīng)商面臨客戶(hù)投訴或索賠。

2、光伏組件的光致衰減主要是由電池衰減導(dǎo)致的，同一組件內(nèi)各個(gè)電池片由于光致衰減的不一致性造成原本分選時(shí)電性能一致的電池片，經(jīng)過(guò)光照后，電性能會(huì)存在很大偏差，引起組件曲線異常和熱斑現(xiàn)象，導(dǎo)致組件的早期失效。

低質(zhì)電池光致衰減不一致性實(shí)例

3、我們將某供應(yīng)商提供的質(zhì)量較差的硅片做成的初始分選效率為16%的電池片，經(jīng)弱光光照1.5小時(shí)后(光源為節(jié)能燈)，發(fā)現(xiàn)電池片效率衰減很多，且離散性也很大，效率最高的為15.4%，最低的僅為13%，衰減比率達(dá)3.75%至18.75%。

圖3 低質(zhì)硅片做成的同一檔次電池經(jīng)弱光光照后效率分布

上述經(jīng)弱光光照的電池片重新分選檢測(cè)后，按轉(zhuǎn)換效率的分布情況做成14塊組件，經(jīng)太陽(yáng)光光照1天和2天后的功率對(duì)比如下圖所示：

圖4 經(jīng)太陽(yáng)光光照1天和2天后的功率對(duì)比

三、試驗(yàn)結(jié)論

１．此供應(yīng)商的硅片制作的電池片本身衰減較為嚴(yán)重，如果電池片不經(jīng)過(guò)光照和二次分選而直接做成組件，尤其是衰減較為嚴(yán)重的那部分電池片，會(huì)分散在各個(gè)組件內(nèi)，影響到組件的整體功率下降更多，并且將導(dǎo)致組件曲線異常和熱斑。

２．上述結(jié)果也說(shuō)明，普通的節(jié)能燈沒(méi)有使該電池片衰減到穩(wěn)定的程度，因此做成的組件在太陽(yáng)光光照后仍然出現(xiàn)了較大的衰減。但是通過(guò)光照后二次分選剔出了效率極低的電池片，并使得每個(gè)組件內(nèi)電池片效率均勻性基本一致。

３．初始分選效率16%的電池片理論上可做成172W的組件，但經(jīng)過(guò)光致衰減后，最終的做成最大僅155.71W組件和最小僅143.78W的組件，衰減比率達(dá)9.47%至16.4%!因此，嚴(yán)格把控硅片質(zhì)量是保證電池和組件性能穩(wěn)定的根本措施。