02-单多晶硅PERC太阳电池的衰减—国际最新研究进展回顾-王文静
光伏产业新及技术进展-东亚论坛-王文静
谢 谢
近三十年各种太阳电池技术的占比变化
1、晶体硅太阳电池
未来新入产业的基本技术
P型衬底电池的背表面钝化
• P型硅钝化技术
n型衬底电池的前表面表面钝化 n型单晶的制备
• N型电池技术
n型多晶的制备 n型硅片的吸杂 硼扩散
• P型发射区制备技术
硼离子注入 铝烧结 硼磷共扩散
• 异质结技术
面临淘汰的“新”技术
15.0% 10.0% 5.0% 0.0%
20 01 20 02 20 03 20 04 20 05 20 06 20 07 20 08 20 09 20 10 20 11 20 12 20 13
年
20 14
CdTe薄膜电池的产业化和计划
本月初，First Solar正式宣布制备出转换效率为21%的小面积碲化镉薄 膜电池。 其商用组件效率最高可达17.5%，接近多晶硅组件18.5%的最高转换效率。 全球总产能/产量：2GW，为薄膜电池中最大的。
简化概念
2、硅基薄膜电池
硅基薄膜电池的技术现状
硅基薄膜电池的发展方向
3、CdTe薄膜电池
CdTe薄膜电池
碲化镉薄膜电池效率演化路线图 25.0% 20.0%
转换效率
17.3% FSLR 16.7% NREL 16.7% NREL 18.3% GE 18.7% FSLR 19.6% GE 21.0% FSLR 20.4% FSLR
– 英利的熊猫
• IBC-BJ
– 价格过高
未来最具有竞争优势的技术
单晶：P型衬底高方阻发射区 + 背表面钝化局域背场 多晶：MWT+ 背表面钝化局域背场
η <21%的低成本技术
η>21%的中成本高效技术
PECVD技术最新进展
各种SiN制备技术的比较
Centrotherm技术 各种技术 的比较 使用中空石墨托 架，硅片参与等 离子场的建立， 使得等离子的特 性与硅片表面状 态相关。因此使 用很高频率易造 成等离子场难于 控制，使用低频 的目的是电子学 易于控制。为减 少表面损伤采用 脉冲式等离子体 岛津技术 使用实心托架， 硅片不参与等离 子场的建立，硅 片表面状态对等 离子体特性影响 不大。因此，可 以使用较高的频 率。沉寂速率较 40kHz高。表面 损伤也较小。 射频技术 其表面损伤虽然 由于低频，但是 劣于微波法。沉 积速率低于低频 及微波法。电子 学难于控制。 因此，目前已基 本不用。 Roth&Rau 表面损伤较低频 直接法小，但是 对于多晶硅的晶 界钝化效果不及 直接法。 沉积速率快。但 是有饶射现象。
用于太阳电池的等离子体技术
中科院电工研究所 王文静
用于太阳电池的等离子体技术
• PECVD技术
– 制备晶体硅太阳电池的减反射和钝化膜 – 用于电池片边缘的刻蚀 – 非晶硅薄膜制备技术 – 非晶硅/晶体硅异质结太阳电池的制备
• 磁控溅射技术
– 制备晶体硅太阳电池的减反射和钝化膜 – 薄膜电池导电薄膜的制备 – 薄膜电池电极的制备
制备SiN薄膜的PECVD技术
SiN薄膜的功能
• 减反射 • 表面钝化
载流子通过表面的复合
在表面存在大量的悬挂 键，这些悬挂键会在表面 禁带中形成深能级，造成 载流子在表面的复合 电子表面复合速率为：
Rs,e=s,eens,hne
如果硅表面直接暴露在大气中，其 表面复合速率将达到105~106
ห้องสมุดไป่ตู้
不同介电常数的SiN膜的吸收系数
SiN薄膜的介电常数影响着其对 于不同波长的吸收系数 较低折射率的SiN膜在整个可见 光区段的吸收均较低。折射率越 高在短波段的吸收越强。 折射系数n是在=630nm处的折 射率
单多晶硅perc 太阳能电池的衰减
单多晶硅perc 太阳能电池的衰减1 什么是单多晶硅PERC太阳能电池？单多晶硅PERC太阳能电池是一种高效的太阳能电池，其名称来源于其结构。
PERC代表“背面电极太阳能电池”，是指电池的背面有一个电极，可以提高电池的效率。
这种太阳能电池使用单晶硅和多晶硅材料制成，具有高转换效率和长寿命。
2 单多晶硅PERC太阳能电池的衰减太阳能电池是一种半导体器件，其性能随着使用时间的增加而逐渐下降。
单多晶硅PERC太阳能电池的衰减主要由以下几个方面造成：##2.1 光照强度太阳能电池的输出功率与光照强度成正比，当光照强度变化时，输出功率也会相应变化。
在强光照射下，太阳能电池的效率会下降，而在弱光照射下，太阳能电池的效率会提高。
##2.2 温度太阳能电池的输出功率与温度成反比，当温度升高时，输出功率会下降。
在高温下，太阳能电池的效率会下降，而在低温下，太阳能电池的效率会提高。
##2.3 光照时间太阳能电池的寿命与光照时间有关。
长时间的光照会使太阳能电池的寿命缩短，导致衰减。
##2.4 湿度湿度对太阳能电池的寿命也有影响。
高湿度会加速太阳能电池的老化和腐蚀，导致衰减。
3 如何延长单多晶硅PERC太阳能电池的使用寿命？为了延长单多晶硅PERC太阳能电池的使用寿命，可以采取以下措施：- 控制光照强度和光照时间，避免过度光照；- 控制温度，避免过高温度；- 控制湿度，保持干燥环境；- 定期清洁太阳能电池表面，以保持其高效率。
4 结论单多晶硅PERC太阳能电池是一种高效的太阳能电池，但其衰减会影响其性能。
为了延长其使用寿命，需要采取相应的措施。
未来，随着科技的发展，相信太阳能电池的效率和寿命会得到进一步提高。
晶体硅光伏组件的衰减研究
标称值 42.6 2.82 15.1 3.02 20.8 0.68
2.2 1987 年产单晶硅组件
破损，无明显的腐蚀现象，背板材料平整，
该批组件共计 50 块，由 BP Solar 于 无开裂。由于在市区使用，组件表面污染
1987 年生产，安装与通信基站，后拆除安 严重（包括粘结性积灰和油污），无法清
０１ ０ ２ ０．３
０４
64
川Ｖ１
第 14 届中国光伏大会（CPVC14）论文集
（3）并联内阻 Rsh 对 I-V 的影响 图 5 各项因子对组件 I-V 特性曲线的影响 [8]
表 5 为本文所统计的不同年限组件单 晶硅与多晶硅组件的衰降比例，下面将逐 一分析各种组件的衰降原因。
从表 5 可以看出 Solarex 多晶硅组件衰 减主要来源于短路电流 Isc 和最大功率点 电流 Im 的衰减，而填充因子、Vm 略微上 升和 Voc 相对下降，我们认为是测试带来 的误差或组件在老化过程中带来的一些
2.4 2010 年产多晶硅组件
了逆变器之外采用统一规格组件、统一以
该批组件共计 30 块，由 Kyocera 生产，采 22°倾角安装，安装地址位于广东顺德。截
用了三种安装方式[1-2]，分别是：微逆变器 至目前组件外观良好。组件原始标称值如
系统、电源优化器系统和组串式逆变器系 表 4 所示。
统。这三个系统于 2010 年安装至今，除
2009 96 87.7 109.5 90.6 97.7 108 Solarex 144
2014 94.6 86.2 109.9 88.8 98.8 108
BP Solar
2009 91 96.3 94.6 94.6 97.8 98 12
高效PERC 单晶硅太阳电池局部背表面场的工艺研究
中，d 1为相邻2条激光开槽线的间距；d 2为激光扫描距离；d 3为1个激光扫描周期距离。
实验均采用德国Halm 测试仪来表征电池的电学性能，采用奥林巴斯显微镜来观察硅片表面的激光光斑扫描形貌和电池的背面铝浆填充率变b. 激光开槽局部放大图
图1 PERC 单晶硅太阳电池的背面激光图形
Fig. 1 Laser pattern on back of PERC monocrystalline silicon
solar cell
a. 背面激光开槽整体图 a. 激光速度为14000 m/s 时
局部放大
d 2
d 1
d 3
12 µm
7 µm
b. 激光速度为16000 m/s时
0 µm
c. 激光速度为18000 m/s时
8 µm
d. 激光速度为20000 m/s时
10 µm
e. 激光速度为22000 m/s时
不同激光速度对应的激光光斑之间的位置变化形貌图Fig. 2 Topography of position change between laser spots corresponding to different laser velocities
对应的激光光斑位置为相离；当铝浆的延展腐蚀性弱时，对应的激光光斑位置为相交；当铝浆的延展腐蚀性适中时，对应的激光光斑位置为相切。
激光速度与激光实线比直接共同影响了铝浆与硅基体的接触比例，从而影响了PERC单晶硅太阳电池的接触电阻。
太阳能电池的电势诱导衰减研究进展(综合评述)
(1. Key Laboratory of Solar Thermal Energy and Photovoltaic System, Institute of Electrical Engineering, Chinese Academy of Sciences,
Beijing 100190, China; 2. University of Chinese Academy of Sciences, Beijing 100049, China;
湿度,并且衰减速率还会随着温度和湿度的增加而增大。 Suzuki 等 [23] 研究在高的偏置电压下,盐雾喷雾对
晶体硅太阳能组件的电性能的影响规律,结果表明盐雾喷雾会加速晶体硅太阳能组件的 PID 现象。
在 PID-s 的机理研究方面,前人采用飞行时间二次离子质谱( ToF-SIMS) 、电子束感应电流( EBIC) 测试
人 工 晶 体 学 报
第 52 卷 第 6 期
2023 年 6 月
JOURNAL
OF
SYNTHETIC
CRYSTALS
Vol. 52 No. 6
June,2023
太阳能电池的电势诱导衰减研究进展
徐晓华1,2,3 ,杨金利1,2 ,周春兰1,2 ,周 肃3 ,王文静3
(1. 中国科学院电工研究所,中国科学院太阳能热利用及光伏系统重点实验室,北京 100190;
2. 中国科学院大学,北京 100049;3. 安徽华晟新能源科技有限公司,宣城 242000)
摘要:在户外长期运行中,不论是晶体硅太阳能电池还是薄膜太阳能电池,都会受到电势诱导衰减( PID) 的影响,从而
导致太阳能电池组件输出功率下降。 尽管前人已经开展了许多研究,但对 PID 现象的理解及解决方案仍旧不完整。
p型多晶硅perc太阳电池光致衰减效应的研究
p型多晶硅perc太阳电池光致衰减效应的研究下载提示：该文档是本店铺精心编制而成的，希望大家下载后，能够帮助大家解决实际问题。
文档下载后可定制修改，请根据实际需要进行调整和使用，谢谢！本店铺为大家提供各种类型的实用资料，如教育随笔、日记赏析、句子摘抄、古诗大全、经典美文、话题作文、工作总结、词语解析、文案摘录、其他资料等等，想了解不同资料格式和写法，敬请关注！Download tips: This document is carefully compiled by this editor. I hope that after you download it, it can help you solve practical problems. The document can be customized and modified after downloading, please adjust and use it according to actual needs, thank you! In addition, this shop provides you with various types of practical materials, such as educational essays, diary appreciation, sentence excerpts, ancient poems, classic articles, topic composition, work summary, word parsing, copy excerpts, other materials and so on, want to know different data formats and writing methods, please pay attention!研究题目：p型多晶硅PERC太阳电池光致衰减效应的研究1. 引言太阳能电池是转化太阳能为电能的重要设备，其中p型多晶硅PERC太阳电池因其高效率和成本效益而备受关注。
专家解读：晶硅电池产业化技术将走向何方？
专家解读：晶硅电池产业化技术将走向何方？7月19日，中国光伏行业协会召开了《光伏行业2017年上半年发展回顾与下半年形势展望研讨会》。
会议上，众多专家做了精彩发言。
本文为中科院电工研究所太阳电池技术研究部主任——王文静研究员的精彩发言，原文题目为《晶体硅太阳电池产业化技术的发展》。
王老师是国内电池研究的最权威专家之一。
根据目前的情况分析后，王老师认为：单晶PERC产品兼具成本与性能优势，是目前最有竞争力的产品，未来还具有很高的效率增长空间。
具体分析如下：一、晶体硅太阳电池的技术进步表1：中国各种晶体硅太阳电池的产业化效率表2：各种新型晶体硅太阳电池的工艺比对二、可产业化的新型晶体硅太阳电池1常规设备的改进2常规BSF电池的关键技术：黑硅技术表3：金刚线切割多晶硅片的常规织绒技术还未解决单晶硅电池与多晶硅电池的差距在缩小价差缩小的原因分析：1.金钢线切割导入单晶硅，但是多晶硅遇阻2.降低氧含量3.连续投料4.薄片化5.新型的尺寸设计单晶硅片将完全用金刚线切割对于切片企业是个巨大的技术升级压力1.铸锭工艺调整——降低硬质点2.切割机全面升级为金刚线切割（日本小型线锯可以成功改造（东京制钢、NTC、442DM、大连连城），但是HCT和MB的大型线锯改造不顺）3.金刚线切割的单晶硅片已经进入电池量产，使用新型添加剂织绒4.金刚线切割的多晶硅片还无法使用常规酸腐蚀工艺进行织绒，只能使用干法或湿法织绒，增加较高的成本，同时由于多晶硅硬质点造成的金刚线断线问题，使得它还没有进入大规模量产常规太阳电池浆料技术的改进浆料的全面改进2PERC电池PERC电池工艺过程表3：台湾的PERC电池的厂商表4：台湾之外的PERC电池产能2015~2017年全球PERC电池产能及产量估计截止目前PERC电池的效率记录目前各个公司的PERC电池的最高效率和产业化平均效率多晶PERC电池的产线效率已经站上19.5%一线中国单晶PERC产线平均效率已经处在21%国际一流企业的单晶PERC电池产线效率已经处于21.5%各种晶体硅电池价格下降趋势PERC电池的关键技术：Al2O3镀膜技术根据Plasma的产生方式，又可以分为电感耦合等离子体增强ALD(ICP-ALD)、电容耦合等离子体增强ALD(CCP-ALD)及微波等离子体增强ALD（MWP-ALD）。
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多晶PERC电池的LeTID与B-O无关
Ga doped mc Si PERC and Al-BSF cell T=75℃
Klaus Ramspeck, et. al., Proceeding of 27th European Photovoltaic Solar Energy Conference, (2012)861-865
如果SP浆料允许，将降低烧结温度100℃~150℃ 可以综合使用两种稳定光衰的过程：
方法一：热处理 在SP之后增加热处理 降低对CID的敏感性 开过程 方法二：加速退化及恢复 高强度光照和辅助温度以加速光 衰以及随后的恢复 同时钝化BO缺陷和其他缺陷
可能导致FF问题
得到最佳结果时间较长
减
两家德国企业制备了无LeTID现象的多晶PERC电池
多晶硅电池LeTID的特性
多晶硅PERC电池的光衰减行为与光照时衬底温度有关（LeTID）
多晶PERC的LeTID衰减量较多晶Al-BSF电池来的大（6%~10%） 多晶PERC的LeTID衰减需要nX102kWh的辐照计量才能出现明显变化
多晶PERC电池的LeTID的解决方案
最新研究结果之一：
吸杂对于PERC电池光衰LeTID的影响
P吸杂，Al吸杂，P/Al共吸杂
样品A SiNx:H 样品B P吸杂+SiNx:H
样品C Al吸杂+SiNx:H
样品C P+Al吸杂+SiNx:H
POCl3扩散
POCl3扩散
前面PECVD镀SiNx:H
硅锭不同位置的LeTID后Voc的实验结果
F. Kersten,et.al, Proceeding of 31st European Photovoltaic Solar Energy Conference, (2015)1822
2016年新的多晶PERC电池光衰结果
烧结温度高导致LeTID严重 500kWhr辐照量可以恢复
单晶PERC电池的LID特点
与BO对有关
掺Ga可大部分消除LeTID 与氧含量有关
LID较BSF电池大 光衰与衬底温度无关 长时间光照可恢复
可使用光照+退火方法消除
Centrotherm公司的光照退
火的恢复设备
No regeneration PERC cell, LID 6%。 With regeneration PERC cell, LID reduction of up to 80%
各种吸杂对光衰的影响
磷吸杂
磷铝吸杂
铝吸杂
未吸杂
75 ℃@ 0.9Sun条件下 Voc的光衰
Annika Zuschlag,et.al. Proceeding of 32nd European Photovoltaic Solar Energy Conference(2016)498
吸杂抑制光衰小结
Dennis Bredemeier, et.al, Proceeding of 32nd European Photovoltaic Solar Energy Conference(2016)504
温度与LeTID恢复的关系
高温恢复寿命再衰减的 时间也较快 300℃处理样品在30h 开始衰减 185℃在400h才开始衰
多晶PERC电池需要价 格低电极烧结温度
Dennis Bredemeier, et.al, Proceeding of 32nd European Photovoltaic Solar Energy Conference(2016)504
温度与LeTID恢复的关系
增加辐照退火温度可以 大大加快恢复速度 8hr@185℃ 1sun 稳定寿命315μs 10min@300℃ 1sun 稳定寿命230μs
LeTID现象的不稳定性
75℃/1sun/24hr
75℃/1sun/24hr
25℃/1sun/24hr
F. Kersten,et.al, Proceeding of 31st European Photovoltaic Solar Energy Conference, (2015)1822
硅锭不同位置的LeTID光衰
几种不同的热处理对光衰的影响
C.Chen, et.al., of 32nd European Photovoltaic Solar Energy Conference(2016)2DO.2.4
结论
P型单晶硅PERC电池的的衰减要高于BSF电池
P型单晶硅PERC电池的的衰减仍然与B-O对、Fe-B对相关
硅锭中部光衰最严重 底部次之 顶部最轻 并不与间隙氧含量一 致 Isc模式最严重 FF模式次之 Voc模式最轻
F. Kersten,et.al, Proceeding of 31st European Photovoltaic Solar Energy Conference, (2015)1822
单多晶硅PERC太阳电池的衰减
——国际最新研究进展回顾
王文静 中科院电工所 中国科学院大学
目录
1. PERC电池及其光衰现象
2. 单晶PERC电池的LID光衰 3. 多晶PERC电池的LeTID光衰 4. 多晶PERC电池的LeTID光衰的治理方案
P型硅衬底太阳电池的衰减问题
PERC电池的光衰特性
PERC电池的两种类型的光衰
1. 与O-B对或Fe-O对相关的光衰
单晶PERC 多晶PERC 容易恢复
2.
与B-O或Fe-O对无关的光衰，
未知机理的光衰
多晶PERC
较难恢复
单BSF电池
75℃@0.4kW/m2
1. S.W.Glun, et. al., Proc. Of Proc. Of 31th European Photovoltaic Solar Energy Conference and Exhibition, (2015)259263 2. Klaus Ramspeck, et. al. Proceeding of 27th European Photovoltaic Solar Energy Conference, (2012)861-865
LeTID与载流子注入浓度有关
在低注入的Jsc模式LeTID严重 在高注入的Voc模式LeTID较轻 在MPPT模式LeTID介于两者之间
F. Kersten,et.al, Proceeding of 31st European Photovoltaic Solar Energy Conference, (2015)1822
光衰与工艺过程密切相关 光衰主要是提效应（而非表面效应） 吸杂可以抑制光衰 P吸杂较Al吸杂更有效
吸杂后的高温过程使得杂质发生再分布，从而使光衰恢复
较高少子寿命的区域，也较先恢复
最新研究结果之二：
退火及激光快速退火抑制LeTID
小结
多晶PERC电池的光衰与电池的热过程密切相关
多晶PERC的LeTID衰减不只与BO对有关（掺Ga不起作用）
多晶PERC的LeTID衰减与体内的复合有关，与表面钝化特性关系不大 多晶PERC的LeTID衰减在长时间加温光照后会恢复
多晶PERC的LeTID衰减的特性与少数载流子注入浓度有关（Isc, FF, Voc）
多晶PERC的LeTID衰减特性与电池的热历史有关 目前世界上Q-Cell和Solar World具有未公开的多晶硅电池LeTID的解决方 案
LeTID主要与体材料有关（与表面钝化特性无关）
光衰67%
光衰71%
Klaus Ramspeck, et. al., Proceeding of 27th European Photovoltaic Solar Energy Conference, (2012)861-865
LeTID经常长期辐照可以恢复
结合钝化
激光退火加快光衰的恢复
1. 标准处理条件：70℃@0.46kW/m2，宽带卤素灯——几百个小时 2. 加速处理条件：140℃@44.8kW/m2，938nm激光——小于30s
C.Chen, et.al., of 32nd European Photovoltaic Solar Energy Conference(2016)2DO.2.4
多晶PERC 多晶Al-BSF 均有LeTID
CZ PERC CZ Al-BSF 均为B-O型
光强400W/m2，样品温度75℃
Klaus Ramspeck, et. al., Proceeding of 27th European Photovoltaic Solar Energy Conference, (2012)861-865
国产PERC电池的光照恢复设备
Ceramics rollers save the energy
LID恢复的电流+退火设备
With regeneration: LID 2%
Without regeneration: LID 4%。
Kyumin Lee, et.al., Proceeding of 31st European Photovoltaic Solar Energy Conference, (2015)1827-1829
Thanks
光照衰退与烧结温度相关
C.Chen, et.al., of 32nd European Photovoltaic Solar Energy Conference(2016)2DO.2.4
不同激光热处理时间的光衰的影响
C.Chen, et.al., of 32nd European Photovoltaic Solar Energy Conference(2016)2DO.2.4