CN108039328B - 一种晶硅太阳能电池的失效分析方法 - Google Patents

一种晶硅太阳能电池的失效分析方法 Download PDF

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Abstract

本申请公开了一种晶硅太阳能电池的失效分析方法，包括测试失效的晶硅太阳能电池的第一性能；去除所述晶硅太阳能电池的正面和背面的金属，露出减反射膜层和钝化层，测量此时电池的第二性能，包括光学性能、电学性能和所述减反射膜层的厚度；去除所述晶硅太阳能电池的正面和背面的减反射膜层和钝化层，露出扩散层，测量此时的第三性能；去除所述晶硅太阳能电池的正面和背面的扩散层，测量此时电池的第四性能；根据所述第一性能、所述第二性能、所述第三性能和所述第四性能分析出电池失效原因。上述方法能够对电池进行层层剖析，细节到针对每环工序去查找电池片低效的原因，达到量产增效的目的。

Description

一种晶硅太阳能电池的失效分析方法
技术领域
本发明属于光伏设备技术领域，特别是涉及一种晶硅太阳能电池的失效分析方法。
背景技术
目前光伏领域的太阳能电池产品种类繁多，但主流产品仍然是晶体硅太阳能电池，其中以常规P型单晶、常规P型多晶和PERC高效P型单晶太阳能电池为主。而近年来，相比于P型晶体硅太阳能电池，N型单晶晶硅太阳能电池由于其具有寿命长、转换效率高、无光致衰减、弱光发电性能好、抗PID能力强等优点，受到了研究者们与企业的青睐，目前，p型电池及部分n型电池都已进入量产阶段。
然而，产品在步入量产阶段时，由于各工序工艺的不成熟或是设备的漂移等问题，可能产生许多原因不明的低效片，导致制作的电池达不到预期效率，进而阻碍电池量产化进程，电池片制作完成后，若出现低效片，常规的工艺是以查找监控片的方法寻找低效片产生的原因，此方法一方面耗时较长，另一方面由于目前电池制备过程中监控还不完备，不能准确的找到具体有问题的工艺处，这样依据简单的电池参数测试结果，难以对其低效的原因进行准确的分析。
发明内容
为解决上述问题，本发明提供了一种晶硅太阳能电池的失效分析方法，能够对电池进行层层剖析，细节到针对每环工序去查找电池片低效的原因，达到量产增效的目的。
本发明提供的一种晶硅太阳能电池的失效分析方法，包括：
测试失效的晶硅太阳能电池的第一性能，包括电学性能、光学性能和电极尺寸；
去除所述晶硅太阳能电池的正面和背面的金属，露出减反射膜层和钝化层，测量此时电池的第二性能，包括光学性能、电学性能和所述减反射膜层的厚度；
去除所述晶硅太阳能电池的正面和背面的减反射膜层和钝化层，露出扩散层，测量此时的第三性能，包括扩散层的结深和表面浓度；
去除所述晶硅太阳能电池的正面和背面的扩散层，测量此时电池的第四性能，包括电阻率；
根据所述第一性能、所述第二性能、所述第三性能和所述第四性能分析出电池失效原因。
优选的，在上述晶硅太阳能电池的失效分析方法中，所述第一性能包括Voc、Isc、FF、EFF、PL性能、EL性能和、QE性能、电极长度、电极宽度和电极高度。
优选的，在上述晶硅太阳能电池的失效分析方法中，所述去除所述晶硅太阳能电池的正面和背面的金属为：
利用王水溶解所述晶硅太阳能电池的正面和背面的金属，溶解时间持续1小时至24小时。
优选的，在上述晶硅太阳能电池的失效分析方法中，所述第二性能包括：电池的反射率、折射率、减反射膜层的厚度、少子寿命和Implied Voc。
优选的，在上述晶硅太阳能电池的失效分析方法中，所述去除所述晶硅太阳能电池的正面和背面的减反射膜层和钝化层包括：
利用浓度为10％至70％的氢氟酸腐蚀所述晶硅太阳能电池的正面和背面的减反射膜层和钝化层，腐蚀持续时间为10秒至5小时。
优选的，在上述晶硅太阳能电池的失效分析方法中，所述去除所述晶硅太阳能电池的正面和背面的扩散层包括：
利用浓度范围为10％至70％的氢氟酸溶液或氢氧化钠溶液腐蚀所述晶硅太阳能电池的正面和背面的扩散层，腐蚀时间持续20分钟至5小时。
通过上述描述可知，本发明提供的上述晶硅太阳能电池的失效分析方法，由于包括测试失效的晶硅太阳能电池的第一性能，包括电学性能、光学性能和电极尺寸；去除所述晶硅太阳能电池的正面和背面的金属，露出减反射膜层和钝化层，测量此时电池的第二性能，包括光学性能、电学性能和所述减反射膜层的厚度；去除所述晶硅太阳能电池的正面和背面的减反射膜层和钝化层，露出扩散层，测量此时的第三性能，包括扩散层的结深和表面浓度；去除所述晶硅太阳能电池的正面和背面的扩散层，测量此时电池的第四性能，包括电阻率；根据所述第一性能、所述第二性能、所述第三性能和所述第四性能分析出电池失效原因，因此能够对电池进行层层剖析，细节到针对每环工序去查找电池片低效的原因，达到量产增效的目的。
附图说明
为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据提供的附图获得其他的附图。
图1为本申请实施例提供的第一种晶硅太阳能电池的失效分析方法的示意图；
图2为电池的初始状态示意图；
图3为去除金属电极之后的电池的示意图；
图4为去除减反射膜层和钝化层之后的电池的示意图；
图5为去除扩散层之后的电池的示意图。
具体实施方式
本发明的核心思想在于提供一种晶硅太阳能电池的失效分析方法，能够对电池进行层层剖析，细节到针对每环工序去查找电池片低效的原因，达到量产增效的目的。
下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。
本申请实施例提供的第一种晶硅太阳能电池的失效分析方法如图1所示，图1为本申请实施例提供的第一种晶硅太阳能电池的失效分析方法的示意图，该方法包括如下步骤：
S1：测试失效的晶硅太阳能电池的第一性能，包括电学性能、光学性能和电极尺寸；
此时的电池如图2所示，图2为电池的初始状态示意图，包括电极1、上部钝化层和减反射层2、p-Si层3、n-Si层4、n+-Si层5和下部钝化层和减反射层6。这里以n型双面电池为例进行说明，但是并不仅限于n型双面电池，还可应用于p型单晶、多晶常规电池、p型PERC电池、n型PERT和黑硅电池等等。在开展n型双面电池失效分析前，首先要分清楚电池的正背面，随后，测试电池的I-V曲线，以得到电池的Voc、Isc、FF、EFF等参数，还可对电池片进行PL、EL、QE测试，对电池整体质量有一个直观的了解，此外，由于电极裸露在电池的表面，可采用聚焦显微镜测量其分布形状以及测量电极的长度、宽度和高度，通过上述测试，可对电池片有一个基本的了解，可以指导接下来对电池结构的细节分析，有助于更快更准确地找到低效原因。
S2：去除所述晶硅太阳能电池的正面和背面的金属，露出减反射膜层和钝化层，测量此时电池的第二性能，包括光学性能、电学性能和所述减反射膜层的厚度；
此时的电池如图3所示，图3为去除金属电极之后的电池的示意图，此时只包括上部钝化层和减反射层2、p-Si层3、n-Si层4、n+-Si层5和下部钝化层和减反射层6。这里可采用反射仪测量反射率，采用椭圆偏振仪测量折射率及薄膜厚度，采用Sintons-WCT120测量少子寿命和Implied Voc，而钝化层和减反层薄膜层的厚度还可以采用SEM测量，在本环节中，通过上述测试，可以对高、低效片的正背面钝化和减反工艺进行对比，查验低效原因是否与相关工艺环节有关。
S3：去除所述晶硅太阳能电池的正面和背面的减反射膜层和钝化层，露出扩散层，测量此时的第三性能，包括扩散层的结深和表面浓度；
此时的电池如图4所示，图4为去除减反射膜层和钝化层之后的电池的示意图，此时只包括p-Si层3、n-Si层4、n+-Si层5。可采用ECV、SIMS测量并记录前表面B扩散、背表面P扩散的结深及表面浓度，在本环节中，通过上述测试，可以对高、低效片的扩散工艺进行对比，查验低效原因是否与相关工艺环节有关。
S4：去除所述晶硅太阳能电池的正面和背面的扩散层，测量此时电池的第四性能，包括电阻率；
此时的电池如图5所示，图5为去除扩散层之后的电池的示意图，此时只包括n-Si层4。此时可测量样品的方阻以及硅片厚度，由此可计算出电池片的电阻率，在本环节中，通过上述测试，可以对高、低效片的硅基体进行对比，查验低效原因是否与原料、清洗质量等因素有关。
S5：根据所述第一性能、所述第二性能、所述第三性能和所述第四性能分析出电池失效原因。
通过以上环节对比电池高效片与低效片每层结构的参数差异，可较为精准得找出电池片低效的原因，此电池监测分析方法较为全面、细节地对n型双面电池进行了层层剖析，针对电池的每一层结构给出了剥离方法和测试分析方法。
通过上述描述可知，本申请实施例提供的第一种晶硅太阳能电池的失效分析方法，由于包括测试失效的晶硅太阳能电池的第一性能，包括电学性能、光学性能和电极尺寸；去除所述晶硅太阳能电池的正面和背面的金属，露出减反射膜层和钝化层，测量此时电池的第二性能，包括光学性能、电学性能和所述减反射膜层的厚度；去除所述晶硅太阳能电池的正面和背面的减反射膜层和钝化层，露出扩散层，测量此时的第三性能，包括扩散层的结深和表面浓度；去除所述晶硅太阳能电池的正面和背面的扩散层，测量此时电池的第四性能，包括电阻率；根据所述第一性能、所述第二性能、所述第三性能和所述第四性能分析出电池失效原因，因此能够对电池进行层层剖析，细节到针对每环工序去查找电池片低效的原因，达到量产增效的目的。
本申请实施例提供的第二种晶硅太阳能电池的失效分析方法，是在上述第一种晶硅太阳能电池的失效分析方法的基础上，还包括如下技术特征：
所述第一性能包括Voc、Isc、FF、EFF、PL性能、EL性能和、QE性能、电极长度、电极宽度和电极高度。
这些参数仅仅是优选方案，还可以根据实际需要增加或减少测试参数，此处并不限制。
本申请实施例提供的第三种晶硅太阳能电池的失效分析方法，是在上述第一种晶硅太阳能电池的失效分析方法的基础上，还包括如下技术特征：
所述去除所述晶硅太阳能电池的正面和背面的金属为：
利用王水溶解所述晶硅太阳能电池的正面和背面的金属，溶解时间持续1小时至24小时。
其中，所述王水为硝酸及盐酸的混合物，所述比例为HNO3：HCl：H2O＝1:3:3～1:3:50，这里仅仅是一个优选方案，还可以根据实际需要调整相关工艺参数，此处并不限制。
本申请实施例提供的第四种晶硅太阳能电池的失效分析方法，是在上述第一种晶硅太阳能电池的失效分析方法的基础上，还包括如下技术特征：
所述第二性能包括：电池的反射率、折射率、减反射膜层的厚度、少子寿命和Implied Voc。
这些参数仅仅是优选方案，还可以根据实际需要增加或减少测试参数，此处并不限制。
本申请实施例提供的第五种晶硅太阳能电池的失效分析方法，是在上述第一种晶硅太阳能电池的失效分析方法的基础上，还包括如下技术特征：
所述去除所述晶硅太阳能电池的正面和背面的减反射膜层和钝化层包括：
利用浓度为10％至70％的氢氟酸腐蚀所述晶硅太阳能电池的正面和背面的减反射膜层和钝化层，腐蚀持续时间为10秒至5小时。
需要说明的是，这里仅仅是其中一个方案，实际上并不仅限于此方案，例如，还可以采用磷酸溶液的腐蚀减反射膜层和钝化层，所述磷酸溶液的浓度可以为10％～70％，腐蚀时间可以为1h～5h。
本申请实施例提供的第六种晶硅太阳能电池的失效分析方法，是在上述第一种至第五种晶硅太阳能电池的失效分析方法中任一种的基础上，还包括如下技术特征：
所述去除所述晶硅太阳能电池的正面和背面的扩散层包括：
利用浓度范围为10％至70％的氢氟酸溶液或氢氧化钠溶液腐蚀所述晶硅太阳能电池的正面和背面的扩散层，腐蚀时间持续20分钟至5小时。
这里所述的扩散层区域较小，一段时间后，扩散层就会完全腐蚀掉。
综上所述，本申请提供的晶硅太阳能电池的失效分析方法，相比于正向监控工艺过程，更易找到低效片产生的原因，且操作简单，用时较短。
对所公开的实施例的上述说明，使本领域专业技术人员能够实现或使用本发明。对这些实施例的多种修改对本领域的专业技术人员来说将是显而易见的，本文中所定义的一般原理可以在不脱离本发明的精神或范围的情况下，在其它实施例中实现。因此，本发明将不会被限制于本文所示的这些实施例，而是要符合与本文所公开的原理和新颖特点相一致的最宽的范围。

Claims (1)

1.一种晶硅太阳能电池的失效分析方法，其特征在于，包括：
测试失效的晶硅太阳能电池的第一性能，包括电学性能、光学性能和电极尺寸；
去除所述晶硅太阳能电池的正面和背面的金属，露出减反射膜层和钝化层，测量此时电池的第二性能，包括光学性能、电学性能和所述减反射膜层的厚度；
去除所述晶硅太阳能电池的正面和背面的减反射膜层和钝化层，露出扩散层，测量此时的第三性能，包括扩散层的结深和表面浓度；
去除所述晶硅太阳能电池的正面和背面的扩散层，测量此时电池的第四性能，包括电阻率；
根据所述第一性能、所述第二性能、所述第三性能和所述第四性能分析出电池失效原因；
所述第一性能包括Voc、Isc、FF、EFF、PL性能、EL性能和、QE性能、电极长度、电极宽度和电极高度；
所述去除所述晶硅太阳能电池的正面和背面的金属为：
利用王水溶解所述晶硅太阳能电池的正面和背面的金属，溶解时间持续1小时至24小时；
所述第二性能包括：电池的反射率、折射率、减反射膜层的厚度、少子寿命和ImpliedVoc；
所述去除所述晶硅太阳能电池的正面和背面的减反射膜层和钝化层包括：
利用浓度为10％至70％的氢氟酸腐蚀所述晶硅太阳能电池的正面和背面的减反射膜层和钝化层，腐蚀持续时间为10秒至5小时；
所述去除所述晶硅太阳能电池的正面和背面的扩散层包括：
利用浓度范围为10％至70％的氢氟酸溶液或氢氧化钠溶液腐蚀所述晶硅太阳能电池的正面和背面的扩散层，腐蚀时间持续20分钟至5小时。
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* Cited by examiner, † Cited by third party
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Citations (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
KR20110111165A (ko) * 2010-04-02 2011-10-10 엘지디스플레이 주식회사 박막 태양전지 검사장치 및 이를 이용한 박막 태양전지의 제조방법
CN102818980A (zh) * 2012-08-13 2012-12-12 安阳市凤凰光伏科技有限公司 太阳电池硅衬底的质量检验方法
CN105914257A (zh) * 2016-04-26 2016-08-31 苏州阿特斯阳光电力科技有限公司 一种基于数据分析的晶体硅电池生产过程监控方法

Patent Citations (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
KR20110111165A (ko) * 2010-04-02 2011-10-10 엘지디스플레이 주식회사 박막 태양전지 검사장치 및 이를 이용한 박막 태양전지의 제조방법
CN102818980A (zh) * 2012-08-13 2012-12-12 安阳市凤凰光伏科技有限公司 太阳电池硅衬底的质量检验方法
CN105914257A (zh) * 2016-04-26 2016-08-31 苏州阿特斯阳光电力科技有限公司 一种基于数据分析的晶体硅电池生产过程监控方法

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