光致发光技术在检测晶体Si太阳电池缺陷的应用

引言

近年来，光伏产业发展迅猛，提高效率和降低成本成为整个行业的目标。在晶体Si太阳电池的薄片化发展过程中，出现了许多严重的问题，如碎片、电池片隐裂、表面污染、电极不良等，正是这些缺陷限制了电池的光电转化效率和使用寿命。同时，由于没有完善的行业标准，Si片原材料质量也是参差不齐，一些缺陷片的存在直接影响到组件乃至光伏系统的稳定性。因此，太阳能行业要有快速有效和准确的定位检验方法来检验生产环节可能出现的问题。

发光成像方法为太阳电池缺陷检测供应了一种非常好的解决方法，这种检测技术使用方便，类似透视的二维化面检测。本文讨论的是光致发光技术在检测晶体Si太阳电池上的应用。光致发光(photoluminescence，pL)检测过程大致包括激光被样品吸收、能量传递、光发射及CCD成像四个阶段。通常利用激光作为激发光源，供应一定能量的光子，Si片中处于基态的电子在吸收这些光子后而进入激发态，处于激发态的电子属于亚稳态，在短时间内会回到基态，并发出以1150nm的红外光为波峰的荧光。利用冷却的照相机镜头进行感光，将图像通过计算机显示出来。发光的强度与本位置的非平衡少数载流子的密度成正比，而缺陷处会成为少数载流子的强复合中心，因此该区域的少数载流子密度变小导致荧光效应减弱，在图像上表现出来就成为暗色的点、线，或一定的区域，而在电池片内复合较少的区域则表现为比较亮的区域。因此，通过观察光致发光成像能够判断Si片或电池片是否存在缺陷。

1实验

实验选取大量低效率电池进行研究，现举典型pL图像进行分析说明。电池所用Si片为125mm×125mm，厚度(200±10)μm，晶向100>，p型CZ太阳能级Si片。pL测试仪器的基本结构如图1，激光源波长为808nm，激光装置中带有均化光器件，使光束在测量的整个区域均匀发光。由于载流子的注入，Si片或电池片中会出现电流使其发出荧光，在波长为1150nm时的红外光最为显著，所以选用了适当的滤光片和摄像头组合，使波长在1150nm附近的荧光得以最大的通过。冷却的摄像头(-50℃)在室温暗室中可以感光并生成512×512像素的图像，曝光时间为1s。整个实验装置由微机程序控制。虽然pL可以直接测量Si片，但为了实验的比较性，本文均采用对电池的测量图像作比较。