探析晶硅光伏電池漏電的原因

　　本文描述了晶體硅太陽能電池片局部漏電現(xiàn)象，分析了晶體硅硅片及電池生產(chǎn)過程中可能產(chǎn)生的漏電原因及預(yù)防措施。電池生產(chǎn)過程中刻蝕不完全或未刻蝕、點(diǎn)狀燒穿和印刷擦片或漏漿等情況會(huì)產(chǎn)生漏電，嚴(yán)重影響電池片的品質(zhì)，另外發(fā)現(xiàn)Si3N4顆粒、多晶硅晶界等也有可能造成電池片漏電。

　　太陽能發(fā)電由于其具有環(huán)保、高效、節(jié)能以及取之不盡、用之不竭等特點(diǎn)，已成為新能源中最受矚目的能源。太陽能電池是一個(gè)巨大的半導(dǎo)體二極管，以半導(dǎo)體材料為基礎(chǔ)進(jìn)行能量轉(zhuǎn)換。目前，光伏行業(yè)中晶體硅太陽能電池還是占主導(dǎo)位置。

　　晶體硅太陽電池主要分為兩種，一種是將圓柱形的單晶硅棒切割成單晶硅片；一種是通過鑄錠方式生成多晶硅片。單晶硅棒和多晶鑄錠的質(zhì)量很大程度上可以影響晶體硅電池片的質(zhì)量。隨著晶體硅電池利用的日益廣泛，晶體硅太陽電池局部漏電問題逐漸受到人們的關(guān)注與重視。因此晶體硅電池漏電原因的分析與討論成為晶體硅電池研究的熱點(diǎn)之一。

　　在晶體硅太陽電池生產(chǎn)過程中，部分晶體硅太陽電池難免會(huì)因?yàn)楦鞣N原因?qū)е戮植柯╇姡踔炼搪?。晶體硅片在制作生產(chǎn)過程中導(dǎo)致局部漏電主要原因?yàn)?）通過PN結(jié)的漏電流；2）沿電池邊緣的表面漏電流；3）金屬化處理后沿著微觀裂紋或晶界形成的微觀通道的漏電流。本文主要探究了晶體硅電池漏電的原因，并進(jìn)行具體分析。

　　一、晶體硅太陽電池工作原理

　　如圖1所示，當(dāng)處于開路的情況下，當(dāng)光生電流和正向電流相等的時(shí)候，則由于電子和空穴分別流入N區(qū)和P區(qū)，使N區(qū)的費(fèi)米能級(jí)比P區(qū)的費(fèi)米能級(jí)高，在這兩個(gè)費(fèi)米能級(jí)之間，P-N結(jié)兩端將建立起穩(wěn)定的電勢(shì)差Voc（P區(qū)為正，N區(qū)為負(fù)）。如果將外電路短路，則外電路中就有與入射光能量成正比的光電流流過，這個(gè)電流稱作短路電流，只要光生電流不停止，就會(huì)有源源不斷的電流通過電路，P-N結(jié)起到了一個(gè)電源的作用。這就是太陽能電池的工作原理。

　　圖2是利用P/N結(jié)光生伏特效應(yīng)做成的理想光電池的等效電路圖。

　　圖中把光照下的p-n結(jié)看作一個(gè)理想二極管和恒流源并聯(lián)，恒流源的電流即為光生電流IL，由于前面和背面的電極和接觸，以及材料本身具有一定的電阻率，基區(qū)和頂層都不可避免的要引入附加電阻。流經(jīng)負(fù)載的電流，經(jīng)過它們時(shí)，必然引起損耗。在等效電路中，可將它們的總效果用一個(gè)串聯(lián)電阻RS來表示。由于電池邊沿的漏電和制作金屬化電極時(shí)，在電池的微裂紋、劃痕等處形成的金屬橋漏電等，使一部分本應(yīng)通過負(fù)載的電流短路，這種作用的大小可用一并聯(lián)電阻RSH來等效。本文主要研究的就是在實(shí)際太陽電池生產(chǎn)中的漏電原因。

　　二、晶體硅太陽電池漏電分析

　　從晶體硅太陽電池生產(chǎn)工藝流程看，以下幾個(gè)因素與電池片漏電有關(guān)：1）刻蝕不完全或未刻蝕；2）點(diǎn)狀燒穿；3）印刷擦片或漏漿。對(duì)上述三方面進(jìn)行實(shí)驗(yàn)研究，在研究過程中發(fā)現(xiàn)除了以上三種漏電原因外，還有Si3N4顆粒、多晶晶界等也會(huì)造成電池片漏電。

　　1、刻蝕不完全或未刻蝕造成的漏電

　　擴(kuò)散工藝中在硅片的上表面和周邊都擴(kuò)散上了N型結(jié)，如果不去除周邊的N型結(jié)會(huì)導(dǎo)致電池片正負(fù)極被周邊的N型結(jié)聯(lián)接起來，使電池正負(fù)極接通，起不到電池的作用了，我們用等離子刻蝕去除太陽能電池的周邊結(jié)，其腐蝕反應(yīng)方程為：

　　CF4------C+4F*（1）

　　Si+4F------SiF4*↑（2）

　　等離子體刻蝕是采用高頻輝光放電反應(yīng)，使反應(yīng)氣體激活成活性粒子，如原子或游離基，這些活性粒子擴(kuò)散到需刻蝕的部位，在那里與被刻蝕材料進(jìn)行反應(yīng)，形成揮發(fā)性生成物而被去除。

　　如果硅片未刻蝕或刻蝕不完全沒有及時(shí)發(fā)現(xiàn)，并且下傳印刷，將產(chǎn)生局部漏電的電池片，我們可以通過IR紅外熱成像儀，判斷局部漏電硅片是否刻蝕原因產(chǎn)生的。

　　IR紅外熱成像儀的工作原理是在連接電池片的正負(fù)極時(shí)，使電池片上會(huì)形成一個(gè)電流回路，當(dāng)有區(qū)域漏電時(shí)，該區(qū)域的電流就會(huì)特別大，產(chǎn)生的熱量就會(huì)比較多，紅外成像儀可以根據(jù)硅片表面產(chǎn)生的不同熱量轉(zhuǎn)換為電信號(hào)，進(jìn)而在顯示器上形成熱圖像，可以對(duì)發(fā)熱的異常區(qū)域進(jìn)行準(zhǔn)確的識(shí)別。