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掺镓硅片进一步解决单晶Perc电池的衰减问题,Perc电池竞争力的又一次提升

发布时间:2020-06-01  来源:立鼎产业研究网  点击量: 759 

根据隆基股份披露的资料可知,光照引起的晶体硅电池光衰,一般主要有三类,一是硼氧复合体光衰 BO-LID,二是高温引起的辅助衰减LeTID,三是紫外光引起的表面钝化衰减 UVID。在温度较低时,硼氧复合体的光衰是掺硼 p PERC 电池的主要初始光衰机制,即 p 型单晶电池如果使用掺硼硅片制作,BO-LID被认为是单晶电池初始光衰的最主要原因。因为单晶硅片使用石英坩埚制作,单晶拉晶一般需要使用全熔工艺,坩埚内部的涂层不能很好的阻挡来自于石英坩埚的氧元素,在拉晶并冷却的过程中氧留在硅片中,使单晶硅片中的氧浓度一般有 10ppma 以上。相比之下,多晶硅片使用半熔工艺,铸锭多晶有效的涂层技术、更大的挥发面积以及较小的坩埚接触面积可以有效减少氧的扩散。因此,一般情况下,多晶硅片只有靠近坩埚的部分有接近 10ppma 的氧,硅片内部的氧含量一般是单晶硅片的十分之一左右,约 1ppma。因此在 BO-LID 上,单晶长期占劣势。在单晶 PERC电池量产之前,普遍的认识是单晶产品光衰比多晶大。晶体硅组件的首年质保,常规单晶组件的首年光衰质保一般为 3%,而多晶为 2.5%,差异就来自于单多晶 BO-LID 的初始光衰不同。

单晶组件和多晶组件年光衰


资料来源:晶澳太阳能

BO-LID 的主要影响因素


资料来源:晶澳太阳能

单晶和多晶的 BO-LID


资料来源:晶澳太阳能

在晶体硅电池进入 PERC时代之后,BO-LID 的影响程度进一步显现。PERC电池使用背钝化技术,增加了长波段入射光子的有效吸收,将电池效率在铝背场电池结构上提升约 1%。然而电池背面产生的光生少数载流子(电子)需要经历较远的路径才可以被正面的 pn 结有效分离并被电极收集。因此,虽然背钝化使 PERC 的效率大幅提升,却由于硅片本身的 BO-LID,使电池的初始光衰增大到了 5%以上。

多种技术方案均被尝试应用到BO-LID 的降低上。显然,降低硼含量会降低 PERC 电池的效率,而降低氧含量的技术会使硅片成本增加。目前产业界最常用的方法是光注入或者电注入,2006 年,Konstanz University Alex Herguth 发现在较高温度的光照(光注入)或者使用正向电流(电注入),可以使 BO-LID 经历衰减-再生的过程,且后续持续的光照或者电注入不会使电池的开路电压下降,这就是 LIR(光致再生)现象。

不同抑制光衰减工艺效果对比


资料来源:晶澳太阳能

光注入可以使用卤素灯、LED、激光等光源。2017 年,隆基联合澳大利亚新南威尔士大学、武汉帝尔激光公开了联合研发的 LIR 技术。

另一解决 LID  的有效方法即是使用掺镓硅片,掺镓替代掺硼之后,彻底的解决了硼氧复合对的问题,能够几乎完全抑制光衰减,在高效电池上具备很大的潜力。早先由于信越化学专利限制的问题一直未能推广,今年信越化学专利到期后掺镓硅片也就迎来了批量推广的机会。

另外,除了 BO-LID 以外,掺镓硅片对高温之下的 LeTID 也有一定的抑制作用。德国 Konstanz 大学做了实验对比,分别测试了掺硼并进行磷(P)吸杂的电池、掺镓(Ga)并进行磷吸杂的电池在不同温度下的少子寿命(少子寿命降低说明存在光衰现象),发现掺硼和掺镓的 PERC 电池都存在 LeTID 光衰,但掺镓电池的 LeTID 仍然是小于掺硼电池的。


标签:掺镓硅片

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