鉅大LARGE | 點擊量：951次 | 2022年03月30日
太陽能光伏鋰離子電池暗電流的研究
本文對太陽能電池的暗電流出現原因進行了系統的研究。暗電流不僅僅包括反向飽和電流。還包括薄層漏電流和體漏電流。在太陽能電池實際生產中，暗電流高于５Ａ的電池比例偏高，其出現的原因多種多樣。我們經過長期大量的實驗，研究了暗電流高的原因。并在生產中提出了相應的解決辦法。
1、引言
在沒有光照的條件下，給ＰＮ結加反偏電壓（Ｎ區接正，Ｐ區接負），此時會有反向的電流出現，這就是所謂的暗電流。對太陽能電池而言，暗電流不僅僅包括反向飽和電流，還包括薄層漏電流和體漏電流。
反向飽和電流是指給ＰＮ結加一反偏電壓時，外加的電壓使得ＰＮ結的耗盡層變寬，內建電場變大，電子的電勢能新增，Ｐ區和Ｎ區的多數載流子數載流子（Ｐ區多子為空穴，Ｎ區多子為電子）就很難越過勢壘，因此擴散電流趨近于零，但是由于結電場的新增，使得Ｎ區和Ｐ區中的少數載流子更容易出現漂移運動。在這種情況下，ＰＮ結內的電流由起支配用途的漂移電流決定。漂移電流的方向與擴散電流的方向相反，表現在外電路上有—個流入Ｎ區的反向電流，它是由少數載流子的漂移運動形成的。由于少數載流子是由本征激發而出現的，在溫度一定的情況下，熟激發出現的少子數量是一定的，電流趨于恒定。太陽能電池片可以分３層，即薄層（即Ｎ區），耗盡層（即ＰＮ結），體區（即Ｐ區）。復合的過程始終伴隨著載流子的定向移動，必然會有微小的電流出現，這些電流對測試所得的暗電流的值是有貢獻的，由薄層貢獻的部分稱之為薄層漏電流，由體區貢獻的部分稱之為體漏電流。
２、實驗及分析
符合Exic IIB T4 Gc防爆標準
充電溫度：0~45℃
-放電溫度：-40~+55℃
-40℃最大放電倍率：1C
-40℃ 0.5放電容量保持率≥70%
在太陽能電池實際生產中，暗電流高的電池比例偏高，同碎片率相同，是影響電池成品合格率的兩大重要因素之一。這些電池出現的原因多種多樣極其復雜，我們經過長期大量的實驗，分析了暗電流高與５Ａ電池出現的具體原因，并在生產中提出了相應的解決辦法。
２.１硅片內在質量原因
鑄造多晶硅相對直拉單晶硅的制備工藝簡單，成本較低，但控制雜質和缺陷的能力也較弱。鑄造多晶硅中的氧、碳、氮、氫及金屬雜質和高密度的晶界、位錯以及微缺陷都有可能造成電池反向電流的新增。所以，在鑄錠過程中應嚴格控制硅料的雜質含量，優化鑄錠工藝，嚴格控制硅錠的雜質含量和電阻率等參數，嚴格控制微晶缺陷出現。圖１顯示的是經過線鋸切割后受損傷的硅片表面情況，表面完全與硅基體剝離，大大影響了硅基體表面性質。
圖１鑄造多晶磕蜀出躺醐瞎惦受損傷的硅片表面情況
２．２電池的加工工藝原因
２.２.１制絨工藝
１）潤洗污染：在多晶硅片酸制絨的生產過程中，潤洗系統內部會
生成不溶性鹽類，在對硅片進行潤洗的過程中會污染硅片的表面，形成ＰＮ結缺陷，進而影響鍍膜，在雜質處未鍍膜或形成鍍膜缺陷，燒結時
污染，尤其是人為污染；優化電池加工各工序的工藝，防止機械損傷，
對降低電池的暗電流有非常重要的用途。漿料會在在雜質處穿過薄膜層，造成電池的反向暗電流增大。
２）風刀油水污染：重要是壓縮空氣中油水的污染。在制絨設備中，各工藝槽后均有風刀，其用途是去除硅片表面的化學液體和水。風刀用的氣體為壓縮空氣，其中含有部分油和水的混合物，它會玷污硅片表面，從而形成表面缺陷。
２.２．２擴散工藝
ＰＮ結均勻性差，高方塊電阻的硅片ＰＮ結相對較淺，相同的燒結條件下，ＰＮ結較淺的地方易被漿料穿透，造成漏電流偏大。在生產中應嚴格控制方塊電阻的大小，調整合適的工藝，使方塊電阻的均勻性提高，從而降低電池的暗電流。
２.２．３濕法刻蝕工藝
濕法刻蝕造成電池暗電流偏高的—個重要原因是刻蝕邊緣較大，ＰＮ結遭到破壞，導致鍍膜印刷燒結后漏電。濕法刻蝕的硅片，邊緣較大重要有以下原因：
１）濕法刻蝕溶液粘度不足，重要表現為刻蝕液中Ｈ２Ｓ０４的濃度
偏低；
２）化學成分配比不適合；
３）刻蝕槽流量過大；
４）排風量調節不適合；
５）傳輸速度慢等。
所以適當調節濕法刻蝕工藝，在保證刻蝕深度的情況下，盡量減小邊緣刻蝕寬度，從而在一定程度上可以減少高漏電電池比例。
２.２．４不同的漿科，成分不同，性能不同，對電池的參數影響不同
不同漿料對氮化硅膜的穿透能力不同，高溫性能不同，從而造成電參數性能的較大差異。在燒蘭占ｉ型程中，應根據漿料的不同性質采用不同的燒結工藝。
２.３人工污染的原因
重要是人手接觸硅片導致硅片受到污染，污染物重要是鈉離子。下表中數據為制絨、擴散工序均采用機械手裝卸載和制絨、擴散工序均采用人工收片和插片的電池參數比較數據：
表1
以上比較數據表現為采用柳械手插片電池參數Ｉｒｅｖ２＞５Ａ的電池比例均低于１．５％，明顯低于人工插片形成的比例。
２．４加工過程造戍機械損傷的原因
由于在電池生產過程中各工序會不可防止的對硅片造成不同程度的機械損傷，嚴重者會造成硅片的暗裂紋，假如印刷漿料后硅片還沒有碎裂，燒結后漿料通過暗裂紋進入硅片，導致電池漏電偏大。這種硅片在生產過程中很難發現，但在ｌＲ下觀測可以看到有微裂紋，表現為溫度過高的亮點。因此生產過程中應減少硅片的機械碰撞，防止暗裂紋的出現。
３．結論
為降低電池的暗電流，提高電池的品質，首先應改善硅錠的內在質量，減少硅錠內在雜質的含量和缺陷態；其次，減少生產各個環節的污染，尤其是人為污染；優化電池加工各工序的工藝，防止機械損傷，對降低電池的暗電流有非常重要的用途。
