太阳能光伏电池暗电流的研究

本文对太阳能电池的暗电流产生原因进行了系统的研究。暗电流不仅仅包括反向饱和电流。还包括薄层漏电流和体漏电流。在太阳能电池实际生产中，暗电流高于５Ａ的电池比例偏高，其产生的原因多种多样。我们经过长期大量的实验，研究了暗电流高的原因。并在生产中提出了相应的解决办法。

1、引言

在没有光照的条件下，给ＰＮ结加反偏电压（Ｎ区接正，Ｐ区接负），此时会有反向的电流产生，这就是所谓的暗电流。对太阳能电池而言，暗电流不仅仅包括反向饱和电流，还包括薄层漏电流和体漏电流。

反向饱和电流是指给ＰＮ结加一反偏电压时，外加的电压使得ＰＮ结的耗尽层变宽，内建电场变大，电子的电势能增加，Ｐ区和Ｎ区的多数载流子数载流子（Ｐ区多子为空穴，Ｎ区多子为电子）就很难越过势垒，因此扩散电流趋近于零，但是由于结电场的增加，使得Ｎ区和Ｐ区中的少数载流子更容易产生漂移运动。在这种情况下，ＰＮ结内的电流由起支配作用的漂移电流决定。漂移电流的方向与扩散电流的方向相反，表现在外电路上有—个流入Ｎ区的反向电流，它是由少数载流子的漂移运动形成的。由于少数载流子是由本征激发而产生的，在温度一定的情况下，熟激发产生的少子数量是一定的，电流趋于恒定。太阳能电池片可以分３层，即薄层（即Ｎ区），耗尽层（即ＰＮ结），体区（即Ｐ区）。复合的过程始终伴随着载流子的定向移动，必然会有微小的电流产生，这些电流对测试所得的暗电流的值是有贡献的，由薄层贡献的部分称之为薄层漏电流，由体区贡献的部分称之为体漏电流。

２、实验及分析

在太阳能电池实际生产中，暗电流高的电池比例偏高，同碎片率一样，是影响电池成品合格率的两大主要因素之一。这些电池产生的原因多种多样极其复杂，我们经过长期大量的实验，分析了暗电流高与５Ａ电池产生的具体原因，并在生产中提出了相应的解决办法。

２.１硅片内在质量原因

铸造多晶硅相对直拉单晶硅的制备工艺简单，成本较低，但控制杂质和缺陷的能力也较弱。铸造多晶硅中的氧、碳、氮、氢及金属杂质和高密度的晶界、位错以及微缺陷都有可能造成电池反向电流的增加。所以，在铸锭过程中应严格控制硅料的杂质含量，优化铸锭工艺，严格控制硅锭的杂质含量和电阻率等参数，严格控制微晶缺陷产生。图１显示的是经过线锯切割后受损伤的硅片表面情况，表面完全与硅基体剥离，大大影响了硅基体表面性质。

图１铸造多晶磕蜀出躺醐瞎惦受损伤的硅片表面情况

２．２电池的加工工艺原因

２.２.１制绒工艺

１）润洗污染：在多晶硅片酸制绒的生产过程中，润洗系统内部会

生成不溶性盐类，在对硅片进行润洗的过程中会污染硅片的表面，形成ＰＮ结缺陷，进而影响镀膜，在杂质处未镀膜或形成镀膜缺陷，烧结时

污染，尤其是人为污染；优化电池加工各工序的工艺，避免机械损伤，

对降低电池的暗电流有非常重要的作用。浆料会在在杂质处穿过薄膜层，造成电池的反向暗电流增大。

２）风刀油水污染：主要是压缩空气中油水的污染。在制绒设备中，各工艺槽后均有风刀，其作用是去除硅片表面的化学液体和水。风刀用的气体为压缩空气，其中含有部分油和水的混合物，它会玷污硅片表面，从而形成表面缺陷。

２.２．２扩散工艺

ＰＮ结均匀性差，高方块电阻的硅片ＰＮ结相对较浅，相同的烧结条件下，ＰＮ结较浅的地方易被浆料穿透，造成漏电流偏大。在生产中应严格控制方块电阻的大小，调整合适的工艺，使方块电阻的均匀性提高，从而降低电池的暗电流。

２.２．３湿法刻蚀工艺

湿法刻蚀造成电池暗电流偏高的—个重要原因是刻蚀边缘较大，ＰＮ结遭到破坏，导致镀膜印刷烧结后漏电。湿法刻蚀的硅片，边缘较大主要有以下原因：

１）湿法刻蚀溶液粘度不足，主要表现为刻蚀液中Ｈ２Ｓ０４的浓度

偏低；

２）化学成分配比不适合；

３）刻蚀槽流量过大；

４）排风量调节不适合；

５）传输速度慢等。

所以适当调节湿法刻蚀工艺，在保证刻蚀深度的情况下，尽量减小边缘刻蚀宽度，从而在一定程度上可以减少高漏电电池比例。

２.２．４不同的浆科，成分不同，性能不同，对电池的参数影响不同

不同浆料对氮化硅膜的穿透能力不同，高温性能不同，从而造成电参数性能的较大差异。在烧兰占ｉ型程中，应根据浆料的不同性质采用不同的烧结工艺。

２.３人工污染的原因

主要是人手接触硅片导致硅片受到污染，污染物主要是钠离子。下表中数据为制绒、扩散工序均采用机械手装卸载和制绒、扩散工序均采用人工收片和插片的电池参数对比数据：

表1

以上对比数据表现为采用柳械手插片