基于产线管理浅谈PERC线效率良率控制

吴帅全球光伏

太阳电池的主要技术参数有短路电流（Isc）、开路电压（Voc）和填充因子（FF），这三个参数与电池材料、几何结构和制备工艺密切相关。所有的高效晶体硅太阳电池技术，都是围绕如何获得较高的Isc、Voc和FF 而展开的。

就目前而言，因PERC技术门槛较小，回报高的原因导致各家争相扩产升级。从而引出一些新的问题。

对于PERC，主要的效率提升来源与背场钝化后长波段的优势。下面引入一个PERC结构：

仅升级激光及氧化铝设备即可完成PERC线升级。

其他PERC技术：氮氧化硅、印刷PERC

这里我们引入一个吸收：

PN结与光波吸收

收集概率

对以上两个图的理解可方便后期SE技术理解。这里不作详解，PERC主要提升来自于将无用的及反射后未达到结区的，投射的光子进行吸收，所以PERC与常规电池相比主要是长波段优势较高。下图为一组经典的QE，可直观看到PERC的优势。

与常规BSF电池相比，主要体现在900-1200长波段对光子的吸收率。

较常规线相比，PERC线主要新增背钝化设备及激光开槽设备。

下面我们简单讲一下效率提升及异常排查的方法，仅供参考，如有所不当的地方欢迎大家指正，谢谢。

如何提升PERC电池的效率

1、背面反射率：因PERC电池提效主要来源与对长波段的吸收，故而一个优良的背抛光是PERC电池钝化的基础。（主要技术目前有碱抛、酸抛。绒面为大尺寸方块，较为平整。有利于光的投射及吸收）

2、钝化层的厚度，相关不同资料显示，钝化层厚度增加少子寿命有上升趋势，可进行DOE设计寻求相关厚度。

3、氮化硅厚度折射率设计，一方面考虑双面性，一方面是来自长波的穿透，随膜层变多及折射率设计、厚度设计，将更多的透射光子反射从而吸收，而来自背面的光子也因膜层的厚度进行二次激发。

4、激光图形：主要有点阵和线阵两种，激光开膜只针对背场进行图形化，有利于浆料的烧结及接触性能。而目前更多的激光器使用的精度并不是皮秒激光器。存在一些粗糙化。优化方向：主要是点阵及激光深度。（激光器改良的可尝试大光斑）

5、背场细栅根数。收集率VS背场效率

6、正面优化：MBB+热氧化+高方阻+SE（降低栅线遮光，提升电流收集率，细栅高阻，引入新浆料改善丝网栅线高宽比，DP、二次印刷技术引入）

如何对PERC线异常进行排查

这里我们引入几组对比图

将异常组及正常组电性能进行拟合分析，找出相关性最高的点。

下面引入一些因果图方便大家进行排查

EFF因果图

RS因果图

以上为常规线效率排查方向。

PERC主要受背面制程影响导致一旦效率损失，影响就较正面较高，一般背场钝化会导致电性能整体偏低，尤其对于UOC和FF影响较大。

如何通过测试仪器进行异常排查

1、PL

以光作为激励手段，激发材料中的电子从而实现发光的过程

（与晶体的电子结构（能带结构）、缺陷状态、杂质等相关）

——变暗：该区域少数载流子密度小，致使荧光效应差；

变亮：电池片内复合较少

——发光强度：与本位置非平衡少数载流子的密度成正比，缺陷处为其少子的复合中心

——单晶硅：B-O复合，内部金属杂质和缺陷，复合中心，亮度暗

——发黑：光照条件下，该处发出的1150nm红外光强度较其他部分弱。

通过以上可在大批量爆发EL不良时进行各道PL测试，可定位到相关工序进行解决。

2、EL测试

电流通过物质时OR物质处于强电场下发光的现象（不能反应前表面的赃污状况）

（电致发光的亮度：少子寿命、电流密度成正比）

几乎大小公司都将EL作为常规监控项，可进行检测不良。但时效性有问题，不能及时反馈问题。一般发现时较晚且不可挽回。

3、少子寿命测试

通过钝化后测试少子寿命可作为产线日常监控，可行且可明显反应问题，可以及时进行排查。

光生电子和空穴从一开始在半导体中产生直到消失的时间称为寿命。

当载流子连续产生时，在太阳电池中，寿命的值决定了电子和空穴的稳定数量。这些数目决定了器件产生的电压，因此它应该尽可能高。寿命的一个重要方面就是它直接与扩散长度Lb有关，

Db是材料的扩散系数，是材料的寿命，扩散长度就是平均载流子从产生的点到收集点（p-n结）的平均距离。

由于晶体硅太阳电池性能主要决定于在电池体内和表面的电子-空穴复合，因此，在太阳能电池的研究内容中，最为重要的是准确地获得载流子复合参数的实验方法，测试体内的载流子寿命，表面复合速度等的大小。

常用的测量晶体硅和晶体硅太阳电池少子寿命的各种方法, 包括微波光电导衰减法( MW-PCD) , 准稳态光电导方法( QSSPC) , 表面光电压( SPV) , IR 浓度载流子浓度成像( CDI) , 调制自由载流子吸收( MFCA) 和光束( 电子束) 诱导电流( LBIC, EBLC)。

这里我们常用为WCT-120,进行产线的日常监控。可通过各道随机取样钝化后测试少子寿命进行表征。

4、SEM(显微镜。。。）

对于外观明显的异常进行测试分析，观察其位置形貌。

5、Suns-Voc测试

——主要用来测试结的特性；

忽略RS的影响——测试PFF；一般正常的多晶电池，PFF ≥80%；

若PFF不达标，则说明有效光生电流偏低（漏电较大，即J02大）；

J01偏大——二极管反向饱和电流大，开压偏低；与材料质量有关系；

J02偏大——结区复合电流偏大（PN结被破坏或者结区不存在）；

J01&J02均偏大——暗电流中的结区扩散和复合电流均较大，与材料本身有较大的关系；

理想因子接近于1——说明PN结特性无问题，也即扩散无问题

对于测试机台无电流密度的可使用电池片电流/电池片测试面积进行计算，绘制J01、J02箱线图进行分析。