N型太阳电池漏电的表征及应对措施

李永超 张东升

摘要本文 通过描述N型太阳电池漏电现象，分析晶硅太阳电池生产过程中可能产生的漏电原因及预防措施。通过验证发现生产过程中金属杂质的污染对N型太阳电池的漏电影响最为严重，其次刻蚀效果不佳等情况也会产生漏电，这些都严重影响电池片的品质。

【关键词】N型太阳电池 漏电 暗电流 反向EL

N型太阳电池是在碱式化学制绒的N型硅片上，通过硼磷管式分步扩散制备正面P型发射结和背面N+区，然后通过PECVD技术在前后表面制备钝化层和减反膜，正反面电极使用常规丝网印刷工艺完成。由于N型太阳电池在制备过程中工艺复杂，时间长，所以电池造成缺陷的原因更不容易被查找出来。

在N型太阳电池的生产过程中，漏电流过大一直是主要问题。晶体硅太阳电池的漏电流也叫旁路结，是因为太阳电池的P-N结被短路而使光生载流子复合的一种现象，严重影响着太阳电池的正常工作。如果漏电流过大，旁路结相当于一个负载在工作，会产生大量的热，使光伏组件或系统存在严重的安全隐患。因此在N型太阳电池生产过程中漏电流过大的问题亟待解决。

本文主要针对生产过程中出现的漏电表征进行分析，并且查找原因。

1 N型太阳电池漏电表征

EL测试是表征太阳能电池及组件的一种非常有效的方法。当对电池施加正向偏压时，其发光波长与基底材料禁带宽度相对应，如晶硅太阳电池，它的发光波长处于900-llOOnm左右的红外波段;当对电池施加反向偏压时，电池中的一些缺陷，特别是金属沉淀，会因漏电流增大而发光。对EL图像进行分析，可发现电池片及其组件中可能存在的缺陷。

对N型太阳电池生产过重中出现的漏电流过大的电池测量反向EL，发现漏电表征中主要存在以下几种，包括中心漏电、点状漏电、边缘漏电等。

2 减少漏电的措施

2.1 湿法刻蚀工艺的优化

湿法刻蚀工艺在P型太阳电池生产中也有用到，其在N型太阳电池生产中是借助腐蚀液与硅片的化学反应腐蚀掉P扩散绕扩形成N+区，并通过HF清洗掉硅片表面的反应残留物。刻蚀的深度主要通过药液的配比和温度的高低来调整，反应残留物的清洗效果主要受碱液和HF浓度的影响。

刻蚀的深度是通过对腐蚀量的计算得来的，高腐蚀量会对漏电的降低有一定的好处，但也相应地会带来一些负面影响，比如，带速的降低会影响产能，温度升高会影响腐蚀量的稳定性，等等。所以不仅需要稳定腐蚀量，还要对温度、带速等参数进行监控

HF浓度是使用Metrohm自动滴定系统进行检测的，通过跟踪几个维护周期内的HF浓度，发现初配的HF浓度偏低，然后慢慢增加，从最初的约lOOmg/L涨到约200mg/L。在这几个维护周期内漏电变化不明显，说明只要保证一定浓度的HF就能洗掉刻蚀槽的反应物。

除了以上药液对刻蚀效果有影响外，水的清洗也至关重要，所以要加大更换纯水的更换频次。

2.2 炉管清洗

炉管清洗是为了清除炉管中累积的重金属，达到提高工艺稳定性、降低生产中N型太阳电池的漏电流的目的。炉管清洗工艺是在高温条件下首先向炉管内通入氧气，然后再通过氮气携带通入二氯乙烯，最后再通入水气。工艺过程中通过二氯乙烯和氧气在高温下的反应可以去除炉管中的碱金属离子和有机物残余，然后再通过长时间通入氧气可以去除炉管中二氯乙烯的残余，最后再通过通入的水气可以去除炉管中的重金属离子。

炉管清洗不仅有利于漏电流的降低，还可以减少表面不合格的产生，稳定方阻，所以定期清洗炉管有利于提高电池生产的合格率。

2.3 提高等离子刻蚀密封性

等离子刻蚀对N型太阳电池漏电影响较大，其在B扩散后对硅片周边的P-N结进行刻蚀。等离子刻蚀的密封性至关重要。当石英管密封性差时，管内的压强增大，刻蚀效果会随压强增大逐渐变差。这是因为随着压强的增大，反应气体浓度增加，从而使被分解的离子受到碰撞的机率也增加，不仅损失了较多的能量，而且使离子间重新复合的速度也增加了，降低了a-Si表面的离子通量，所以刻蚀速率会有所下降。同时压强增大，驻留时间会增加，反应后的生成物被吸附时间会有所增加，这也会对刻蚀速率有所影响。

当等离子刻蚀管内密封性逐渐变差时，辉光的颜色会由乳白色逐渐变成粉红色，所以定期检查辉光颜色会对N型太阳电池漏电的降低产生积极的影响。

2.4 杜绝金属杂质的污染

N型太阳电池不仅要经过生成N+区的P扩散，而且还要经过生成PN结的B扩散。两次扩散都要经过高温，加之B扩散的温度更高，所以金属杂质的污染会对N型太阳电池产生更大的影响。

金属杂质的污染主要是由于设备老化，并且大部分是由化学工序造成的。N型太阳电池在高温扩散前需要或经过碱式制絨、或经过背面抛光、或经过湿法刻蚀，其中在这些工序中与硅片一起参与到化学反应中的载具、部件的老化是金属杂质污染的主要来源。如发现载片篮具和传输滚轮出现黑心，这是由于包在外层的材料已经出现了隐裂，内部金属被腐蚀。这些渗漏的金属杂质会污染整个药液槽，影响连续的几批片源，或者影响整条生产线，所以在N型太阳电池的生产过程中，检查设备老化是否有金属渗漏十分重要。

被污染的药液槽如果只经过简单的冲洗可能不会将金属杂质彻底清理干净，所以可以采用泡槽工艺。其中制绒和刻蚀槽可以采用5：2体积比的HCL+H2O2，碱槽可以采用5：2体积比的KOH+H202，并适量添加一些纯水，浸泡1-2小时。

3 结论

由于N型太阳电池的生产工艺相比P型太阳电池需要经过更高温度的B扩散，所以金属杂质对N型太阳电池的影响更为严重。金属杂质的污染主要是由于设备老化渗漏造成的，所以在N型太阳电池的生产过程中对设备的检查尤其重要，另外炉管清洗和泡槽工艺也是防止金属离子对硅片污染的有效方法。湿法刻蚀和等离子刻蚀在N型太阳电池的生产工艺中都有用到，控制方法和检查措施与P型太阳电池中类似。

参考文献

[1]金井升，苏碧芬，李军勇，赵汝强，沈辉，单晶硅太阳电池漏电流的红外热成像仪检测[C].第十届中国太阳能光伏会议论文集，2008，86-91.

[2]张立祥，王海涛，王尤海，夏庆峰，排气方式及工艺参数对等离子体刻蚀a-Si均一性的影响[J]，液晶与显示，2016， 31 （12）： 1112-1117.