太阳能电池电性能参数与产线异常 2

电性能参数与产线异常关系工艺B班陈世明工艺B班陈世明
太阳能电池主要依靠P-N结光生伏打效应来工作，当P型半导体和N型半导体紧密结合成一块时，两者交接处就形成了P-N结，设两块均匀掺杂质的P型硅和N型硅其掺杂浓度为NAND。在室温下，硼，磷原子全部电离，因而在P型硅中均匀分布着浓度为Pp的空穴（多子）及浓度为Np的电子（少子）。在N型硅中类似的均匀分布着浓度为Nn的电子（多子）及浓度为Pn的空穴（少子）。当P型硅和N型硅相互接触时，交界面两侧的电子和空穴浓度不同，于是界面附近电子将通过界面向下扩散运动，当它达到平衡时，于是界两侧正，负电荷区形成一电偶层，太阳能电池的工作原理到平衡时，于是界两侧正，负电荷区形成一电偶层，称为阻挡层。因为电偶层中的电子或空穴几乎流失或复合殆尽，所以又称阻挡层为耗尽层，又因为阻挡层中充满了固定电荷，故此又称空间电荷区，其中存在由N区指向P区的电场，称为“内建电场”，显然，在内建电场作用下，将产生空穴向右，而电子向左的漂移，其方向正好与扩散方向相反
开路电压开路电压开路电压开路电压I = 0+R = ∞∞∞∞+_V = VOC
I = ISC短路电路短路电路短路电路短路电路R = 0
(0.43 V, 142 mA)∴∴∴∴V ××××I = 61 mWISCPMAX(0.5V, 0 mA)∴∴∴∴V ××××I = 0 mWVOCSome typical values
实物图RSRCellISCRSHRLOAD
RS= 0????RSH= ∞∞∞∞R理想情况理想情况理想情况理想情况ISCRSH= ∞∞∞∞RLOAD图中RS即为串联电阻：包括电池的体电阻、表面电阻、电极电阻、电极与硅表接触电阻等Rsh为旁漏电阻即为并联电阻，为硅片边缘不清洁及内部缺陷引起
等效电路图图中RS即为串联电阻：包括电池的体电阻、表面电阻、电极电阻、电极与硅表接触电阻等Rsh为旁漏电阻即为并联电阻，为硅片边缘不清洁及内部缺陷引起
电参数介绍电参数介绍电参数介绍电参数介绍Uoc:开路电压Isc：短路电流Rs：串联电阻Rsh：并联电阻FF：填充因子Pmpp：最大功率Umpp：最大功率点电压Impp：最大功率点电流Irev1：反向电流1(-10V)Irev2：反向电流2(-12V)Ncell：转换效率PmppImppNcell：转换效率pPmax△I△VRs 是該段線斜率Rs = dU/(Isc1-Isc2)
主界面
主要参数Uoc Open Circuit Voltage [V]开路电压Isc Short Circuit Current [A]短路电流Umpp Voltage at Pmpp [V]工作电压Impp Current at Pmpp [A]工作电流Pmpp Maximum Power [W]最大功率FF Fill Factor [%]填充因子E Irradiance in Pmpp [W/m2]辐射照度nCellCell Efficiency [0..1]转换效率RsSerial Resistance [Ohm]串联电阻Rsh Shunt Resistance [Ohm]并联电阻IapCurrent at Uap [A]点电流Irev1 Reverse Current at Urev1 [A]反向电流1Irev2Reverse Current at Urev

2 [A]反向电流2PSLError Hardware Error [0;1]UscVoltage at Isc [V]TempTemperature [°C]温度
各个参数之间的关系在所有参数中，只有电压和电流是测量值，其他参数均是计算值。Pmpp为在I-V曲线上找一点，使改点的电压乘以电流所得最大，该点对应的电压就是最大功率点电压Umpp，该点对应得电流就是最大功率点电流ImppRs为在光强为1000W/M2和500W/M2下所得最大功率点的电压差与电流差的比值，只是一个计算值，所以有时候会出现负值的情况Rsh为暗电流曲线下接近电流为0时曲线的斜率Rsh为暗电流曲线下接近电流为0时曲线的斜率Irev1为电压为-10V时的反向电流Irev2为电压为-12V时的反向电流Rs和Rsh决定FFRsh和Irev1、Irev2有对应的关系计算公式：Ncell= Pmpp/S（硅片面积）Pmpp= Umpp*Impp= Uoc*Isc*FFFF=（Umpp*Impp）/（Uoc*Isc）
电流与辐照度的关系在理想的条件下，入射到电池表面能量大于材料禁带宽度的每一个光子产生一个电子流过外电路。在一般状况下，辐射照度越大，电流越高。对于晶体硅太阳电池，辐射照度从0上升到4000W/m2，短路电流一直成上升趋势，而且几乎成线形上升。且几乎成线形上升。
电流、电压与温度的关系太阳电池的短路电流并不强烈地依赖温度。随着温度上升，短路电流略有增加。这是由于半导体禁带宽度通常随温度的上升而减小使得光吸收随之增加的缘故。电池的其他参数，开路电压和填充因子都随着温度上升而减小。温度每升高1℃，晶体硅太阳电池的Voc将约下降0.4%。Voc的显升高1℃，晶体硅太阳电池的Voc将约下降0.4%。Voc的显著变化导致输出功率和效率随温度升高而下降，每升高1℃，晶体硅太阳电池的输出功率将减少0.4%—0.5%。注意事项：及时检查温度及光强是否符合要求。
测试外部参数影响I/A温度升高温度光强I/A光强降低U/V正常测试温度为25±2℃，随着温度的升高，开路电压急剧降低，短路电流略微增大，整体转换效率降低正常光强为1000±50W/M2，随着光强的降低，开路电压略微降低，短路电流急剧下降，整体转换效率降低U/V
氙灯
氙灯罩
氙灯发生器

常见的低效电性能参数UocIscRsRshFFNCellIrev20.37958855.0974250.0075809031.3452070.039172412.2819310.23695175.54652280.0017169025.5754670.021709512.2819311.Rsh=0 上下探针直接导通，产生情况：碎片、隐裂片0.01230845.69189970.000393090.245630.004083512.2819310.56011225.50117460.0099782031.5385540.062764912.2819312.Rs=1000000 2.Rs=1000000 2.Rs=1000000 2.Rs=1000000 通常是探针没有压下通常是探针没有压下通常是探针没有压下通常是探针没有压下，，，，未测到片子未测到片子未测到片子未测到片子，，，，产生情况产生情况产生

情况产生情况：：：：校片校片校片校片，，，，设备维修设备维修设备维修设备维修UocIscRsRshFFNCellIrev20.0150656001000000000
丝网低效片产生……涉及公司利益机密已删除
3.3.3.3.二道铝粉污染二道铝粉污染二道铝粉污染二道铝粉污染UocIscRsRshFFNCellIrev20.62705755.65097980.00672788.276795476.6588770.1754441.3737990.62789485.60384860.00959298.988176374.3423680.16894861.52173390.6285035.66156750.007019511.8518976.3947350.17557080.93821730.62718875.57486170.006334713.68759177.5799450.1751970.97839560.62718875.57486170.006334713.68759177.5799450.1751970.97839560.62791915.51317270.01123348.606397672.8255570.16282981.67159450.62781845.57907640.010717711.10813474.0716080.16756871.14887940.62804515.59355750.006449812.34212777.3575350.17551991.02264940.62753625.66763470.008042712.54856976.0797720.17476510.88938930.62851425.64370080.009159710.55449574.7435990.17123711.2478269
刻蚀时放反UocIscRsRshFFIrev2NCell0.61800012.77775320.221788934.16656534.9752820.82912920.04040950.62112193.17401550.11133243.43187339.8359540.88310660.05285680.62112193.17401550.11133243.43187339.8359540.88310660.05285680.62577253.4511950.110439865.84410940.4050440.21564460.0587302
PE时放反UocIscRsRshFFNCellIrev20.00423191.42934740.00455130.65881251.25518783.12E-0612.2757260.00844751.57730070.00812471.43261750.91091824.987E-0612.2742230.01534962.02983980.01092331.22109560.77205049.885E-0612.2757260.01541332.27063230.01018541.09802070.88686211.275E-0512.275726
黑芯片NCellUocIscRsRshFFIrev20.16659980.61884645.10955770.0028035212.8488878.2831990.05248760.16674890.61809085.11246220.0028509125.6882278.4044790.08749890.16698170.61848285.11037870.0028921135.1786278.4961760.08684320.16664070.61878545.10994950.0029233112.5857178.3041480.09282690.16695330.61863725.11649510.002932160.89881978.3694360.21179190.16890360.61936975.16173480.0029391107.2936478.4971190.10371940.16848080.61918045.14615340.0029691189.6388178.5617090.06127590.16774640.6194715.13404390.0030595100.4217878.3669350.11932550.16636820.61841355.12072510.00307668.52296478.0584910.1731142
转换效率的影响因素
串阻串阻串阻串阻RSRSRSRS组成组成组成组成测试中的串联电阻主要由以下几个方面组成：1.材料体电阻（可以认为电阻率为ρ的均匀掺杂半导体）2.正面电极金属栅线体电阻3.正面扩散层电阻4.背面电极金属层电阻5.正背面金属半导体接触电阻6.外部因素影响，如探针和片子的接触等烧结的关键就是欧姆接触电阻，也就是金属浆料与半导体材料接触处的电阻。可以这样考虑，上述1.2.3.4项电阻属于固定电阻，也就是基本电阻；5则是变量电阻烧结效果的好坏直接影响Rs的最终值；6属于外部测试因素，也会导致Rs变化
RSRSRSRS影响因素影响因素影响因素影响因素RS偏大检查测试机探针是否正好压到主栅线上看探针是否变脏探针寿命是否到期检查网

印第三道虚印情况通知设备进行调整，但同时需注意调整前后栅线是否有变粗现象检查扩散方块电阻是否存在偏大现象及时通知扩散工艺进行调整，稳定方阻在正常范围内核对原始硅片电阻率是否偏大做好记录，对电阻率偏大的单独追踪印刷烧结问题烧结炉设备问题工艺问题是是是是擦拭探针更换探针烧结炉进出水温度压力是否变化烧结炉排风以及冷却风扇是否有异常烧结炉灯管是否有问题浆料是否有异常如新批次、型号混用、沾染铝浆等烧结炉功率以及温度波动是否有异常放片的均匀性工艺过程中的污染如网带、传送带、工作台等探针脏探针寿命到期
并阻并阻并阻并阻RSHRSHRSHRSH组成组成组成组成测试中并联电阻Rsh主要主要是由暗电流曲线推算出，主要由边缘漏电和体内漏电决定边缘漏电主要由以下几个方面决定：①边缘刻蚀不彻底②硅片边缘污染③边缘过刻体内漏电主要几个方面决定体内漏电主要几个方面决定①方阻和烧结的不匹配导致的烧穿②由于铝粉的沾污导致的烧穿严重严重严重严重③片源本身金属杂质含量过高导致的体内漏电④工艺过程中的其他污染，如工作台板污染、网带污染、炉管污染、DI水质不合格等
RSHRSHRSHRSH影响因素影响因素影响因素影响因素并联电阻低原材料因素工艺因素工艺过程污染硅片中金属杂质刻蚀工艺PE工艺扩散烧结工艺设备环境因素硅片中金属杂质含量过高缺陷密度过大工艺时间过短气体比例不合适边缘PN结未完全去除边缘刻蚀过宽PE膜的致密性较差导致烧结易烧穿烧结温度太高方阻太高烧结和方阻不匹配扩散炉炉管污染网印机工作台磨损DI水污染人为因素操作过程中使用工具的污染操作中污染擦拭片等检查并测试刻蚀机刻蚀效果椭偏移到厂后定量测试膜厚折射率烧结炉工艺稳定性外围设备稳定性监控方阻均匀性方阻范围控制卫生环境污染
UOCUOCUOCUOC影响因素影响因素影响因素影响因素开路电压低材料本体工艺因素材料本体工艺因素硅片电阻率高硅片质量较差少子寿命低硅片厚度厚制绒表面损伤层未完全去除，减薄量小扩散PN结质量较差扩散炉管洁净度差PE钝化效果较差扩散钝化效果较差网印背电场效果较差Rsh小暗电流大
ISCISCISCISC影响因素影响因素影响因素影响因素Isc低原材料因素工艺因素原材料杂质含量高少子寿命低制绒绒面不好，未完全出绒，影响光的吸收电阻率低PN结太深方阻太低PE减反射膜效果钝化效果不好并联电阻小漏电大印刷栅线高宽比小
丝网印刷工艺过程常见问题处理丝网印刷工艺过程常见问题处理丝网印刷工艺过程常见问题处理丝网印刷工艺过程常见问

题处理一、翘曲：1.硅片太薄——控制原始硅片厚度2.印刷铝浆太厚——控制铝浆重量3.烧结温度过高——调整烧结炉4、5、6、7区温度4.烧结炉冷却区冷却效果不好——查看风扇状况、进出水温度压力等二、铝包：1.烧结温度太高——调整烧结炉4、5、6、7区温度2.印刷铝浆太薄——印刷铝浆重量加重3.使用前浆料搅拌不充分——搅拌时间必须达到规定时间3.使用前浆料搅拌不充分——搅拌时间必须达到规定时间4.铝浆印刷后烘干时间不够——增加烘干时间或提高烘干温度5.烧结排风太小——增大烧结炉排风6.烧结炉冷却区冷却效果不好——查看风扇状况、进出水温度压力等三、虚印：1.印刷压力太小——增大印刷压力2.印刷板间距太大——减小板间距3.印刷刮刀条不平——更换刮刀条4.工作台板不平，磨损严重——更换工作台板5.网印机导轨不平——重新调整导轨
四、粗线：1.网版使用次数太多，张力不够——更换网版2.网版参数不合格——核对该批网版参数，更换网版3.浆料太稀，浆料搅拌时间太长——严格执行浆料搅拌时间规定4.网印机参数不合适——调整网印机参数