太阳能光伏电池暗电流的研究

本文对太阳能电池的暗电流产生原因进行了系统的研究。暗电流不仅仅包括反向饱和电流。还包括薄层漏电流和体漏电流。在太阳能电池实际生产中，暗电流高于５Ａ的电池比例偏高，其产生的原因多种多样。我们经过长期大量的实验，研究了暗电流高的原因。并在生产中提出了相应的解决办法。

1、引言

在没有光照的条件下，给ＰＮ结加反偏电压（Ｎ区接正，Ｐ区接负），此时会有反向的电流产生，这就是所谓的暗电流。对太阳能电池而言，暗电流不仅仅包括反向饱和电流，还包括薄层漏电流和体漏电流。

反向饱和电流是指给ＰＮ结加一反偏电压时，外加的电压使得ＰＮ结的耗尽层变宽，内建电场变大，电子的电势能增加，Ｐ区和Ｎ区的多数载流子数载流子（Ｐ区多子为空穴，Ｎ区多子为电子）就很难越过势垒，因此扩散电流趋近于零，但是由于结电场的增加，使得Ｎ区和Ｐ区中的少数载流子更容易产生漂移运动。在这种情况下，ＰＮ结内的电流由起支配作用的漂移电流决定。漂移电流的方向与扩散电流的方向相反，表现在外电路上有—个流入Ｎ区的反向电流，它是由少数载流子的漂移运动形成的。由于少数载流子是由本征激发而产生的，在温度一定的情况下，熟激发产生的少子数量是一定的，电流趋于恒定。太阳能电池片可以分３层，即薄层（即Ｎ区），耗尽层（即ＰＮ结），体区（即Ｐ区）。复合的过程始终伴随着载流子的定向移动，必然会有微小的电流产生，这些电流对测试所得的暗电流的值是有贡献的，由薄层贡献的部分称之为薄层漏电流，由体区贡献的部分称之为体漏电流。

２、实验及分析

在太阳能电池实际生产中，暗电流高的电池比例偏高，同碎片率一样，是影响电池成品合格率的两大主要因素之一。这些电池产生的原因多种多样极其复杂，我们经过长期大量的实验，分析了暗电流高与５Ａ电池产生的具体原因，并在生产中提出了相应的解决办法。

２.１硅片内在质量原因

铸造多晶硅相对直拉单晶硅的制备工艺简单，成本较低，但控制杂质和缺陷的能力也较弱。铸造多晶硅中的氧、碳、氮、氢及金属杂质和高密度的晶界、位错以及微缺陷都有可能造成电池反向电流的增加。所以，在铸锭过程中应严格控制硅料的杂质含量，优化铸锭工艺，严格控制硅锭的杂质含量和电阻率等参数，严格控制微晶缺陷产生。图１显示的是经过线锯切割后受损伤的硅片表面情况，表面完全与硅基体剥离，大大影响了硅基体表面性质。

图１铸造多晶磕蜀出躺醐瞎惦受损伤的硅片表面情况

２．２电池的加工工艺原因

２.２.１制绒工艺

１）润洗污染：在多晶硅片酸制绒的生产过程中，润洗系统内部会

生成不溶性盐类，在对硅片进行润洗的过程中会污染硅片的表面，形成ＰＮ结缺陷，进而影响镀膜，在杂质处未镀膜或形成镀膜缺陷，烧结时

污染，尤其是人为污染；优化电池加工各工序的工艺，避免机械损伤，

对降低电池的暗电流有非常重要的作用。浆料会在在杂质处穿过薄膜层，造成电池的反向暗电流增大。

２）风刀油水污染：主要是压缩空气中油水的污染。在制绒设备中，各工艺槽后均有风刀，其作用是去除硅片表面的化学液体和水。风刀用的气体为压缩空气，其中含有部分油和水的混合物，它会玷污硅片表面，从而形成表面缺陷。

２.２．２扩散工艺

ＰＮ结均匀性差，高方块电阻的硅片ＰＮ结相对较浅，相同的烧结条件下，ＰＮ结较浅的地方易被浆料穿透，造成漏电流偏大。在生产中应严格控制方块电阻的大小，调整合适的工艺，使方块电阻的均匀性提高，从而降低电池的暗电流。

２.２．３湿法刻蚀工艺

湿法刻蚀造成电池暗电流偏高的—个重要原因是刻蚀边缘较大，ＰＮ结遭到破坏，导致镀膜印刷烧结后漏电。湿法刻蚀的硅片，边缘较大主要有以下原因：

１）湿法刻蚀溶液粘度不足，主要表现为刻蚀液中Ｈ２Ｓ０４的浓度

偏低；

２）化学成分配比不适合；

３）刻蚀槽流量过大；

４）排风量调节不适合；

５）传输速度慢等。

所以适当调节湿法刻蚀工艺，在保证刻蚀深度的情况下，尽量减小边缘刻蚀宽度，从而在一定程度上可以减少高漏电电池比例。

２.２．４不同的浆科，成分不同，性能不同，对电池的参数影响不同

不同浆料对氮化硅膜的穿透能力不同，高温性能不同，从而造成电参数性能的较大差异。在烧兰占ｉ型程中，应根据浆料的不同性质采用不同的烧结工艺。

２.３人工污染的原因

主要是人手接触硅片导致硅片受到污染，污染物主要是钠离子。下表中数据为制绒、扩散工序均采用机械手装卸载和制绒、扩散工序均采用人工收片和插片的电池参数对比数据：

表1

以上对比数据表现为采用柳械手插片电池参数Ｉｒｅｖ２＞５Ａ的电池比例均低于１．５％，明显低于人工插片形成的比例。

２．４加工过程造戍机械损伤的原因

由于在电池生产过程中各工序会不可避免的对硅片造成不同程度的机械损伤，严重者会造成硅片的暗裂纹，如果印刷浆料后硅片还没有碎裂，烧结后浆料通过暗裂纹进入硅片，导致电池漏电偏大。这种硅片在生产过程中很难发现，但在ｌＲ下观测可以看到有微裂纹，表现为温度过高的亮点。因此生产过程中应减少硅片的机械碰撞，避免暗裂纹的产生。

３．结论

为降低电池的暗电流，提高电池的品质，首先应改善硅锭的内在质量，减少硅锭内在杂质的含量和缺陷态；其次，减少生产各个环节的污染，尤其是人为污染；优化电池加工各工序的工艺，避免机械损伤，对降低电池的暗电流有非常重要的作用。