LID研究

LID调研分析报告一、LID机理太阳能电池及组件在光照过程中引起的功率衰减（LightInducedDegradation）现象，简称LID。近些年来，各界对光伏组件光致衰减问题越来越关注，原因是光致衰减导致的组件功率衰减远远超过客户所接受的范围，这就使得组件制造商面临着潜在的赔偿风险。早在40多年前，Fischer和Pschunde最先在掺硼Cz-Si太阳能电池观察到光致衰减现象。图一表示，掺硼的Cz-Si太阳能电池在光照后衰减及200℃下处理恢复的情况。从图中可以看出，光照使电池的各项性能不断衰减，最后衰减趋于稳定；电池经过200℃退火处理，电池各项电性能又得到恢复。图一掺硼的Cz-Si太阳能电池光衰减和恢复在相当一段时间内，Cz-Si(掺硼)电池的这种光衰减和退火恢复的机制一直没有得到解释。70年代曾提出过若干金属杂质缺陷模型，80年代曾提出非平衡载流子引起的施主-受主对分解模型，即FeB的光诱导分解使Cz-Si太阳能电池受到Fe污染而衰减。但这些模型中没有一个能够完全解释Fischer和Pschunde所观察到的光衰减和恢复现象。进入90年代，研究集中于弄清光衰机理，通过各项实验证实：晶体硅中硼和间隙氧是引起Cz-Si太阳能电池LID的主要因素。在当前传统的Cz单晶硅中，氧是晶体硅中主要的杂质，原子氧在硅体中处于填隙位置。掺硼Cz-Si太阳能电池经过光照或电流注入，硅体中的硼和氧形成硼氧复合体，从而使少子寿命下降，导致了电池效率及电性能下降，但经过退火处-2-理，硼氧复合体分开，少子寿命可恢复，主要的反应式如下：图二光照前后电池片量子效率对比图二显示了太阳能电池光照前后量子效率对比图，从图中可以看出，电池经过光照后长波响应变差，这表明硅片体少子寿命下降，直接证明了光衰机理是由于硅体中产生了复合中心。由此说来，硅片中的硼、氧含量越大，在光照或电流注入条件下产生的硼氧复合体越多，少子寿命降低的幅度就越大，引起的光衰现象就越严重。二、LID现状在国内，光伏电池的主流产品是以掺硼的P型晶硅太阳能电池为主，因此光致衰减现象无法避免。早期的硅片由于其使用的多晶硅料质量差，硅片生产工艺、设备落后，导致太阳能电池光衰很大，将近10%左右。近些年随着技术不断进步，客户的要求越来越高，硅片生产通过降低硼、氧以及金属杂质的浓度，后续太阳能电池扩散工艺优化、电极接触浆料匹配，不仅使得掺硼的P型晶硅太阳能电池转换效率得到提升，而且光致衰减现象得到明显的控制。例如：通过在多晶硅铸锭坩埚内表面涂上一层保护膜，可以明显降低多晶硅锭中的氧含量，这样可以明显降低多晶硅电池的光致衰减幅度，目前主流的多晶硅太阳能电池光衰率可控制在1%以内。P型单晶硅由于在把控多晶硅料质量、优化拉棒工艺等方面下了功夫，单晶电池的光衰率也有了明显下降，下表列出国内一些企业单晶电池光衰-3-测试数据：表一：国内一些企业单晶电池光衰数据对比电池厂家初始效率光衰后效率光衰时间光衰率晶澳19.18%18.48%62小时3.64%新日光19.15%18.52%60小时3.31%旭鸿19.23%18.58%61小时3.38%DMEGC18.80%18.13%66小时3.54%18.76%18.12%66小时3.43%三、解决方案如上面所述，传统硼掺杂晶体硅电池，特别是CZ-Si单晶硅电池存在无法避免的光致衰减现象。当前避免太阳能电池光致衰减主要有以下几种方法：（1）在传统CZ单晶工艺中增加磁场控制，变为磁控直拉（MCZ）法拉单晶，此工艺不仅能控制单晶中的氧浓度，也使单晶硅棒纵向、径向电阻率均匀性得到改善。（2）区熔（FZ）法拉晶工艺，由于没有使用石英坩埚，避免了直拉工艺中大量氧进入硅晶体，从而大大改善了P型（掺硼）晶硅电池光致衰减现象；（3）用镓、铟等元素替代硼制备P型单晶硅；（4）制备磷掺杂的N型单晶硅太阳能电池。以上四种方法虽然能减小或避免太阳能电池光致衰减现象，受成本、市场等因素影响，这些方法还无法得到推广。MCZ拉单晶成本高，势必增加光伏产品制造、应用成本；FZ工艺目前主要用于一些高端的半导体领域，工艺、设备成本高；无法在太阳能领域得到全面应用；镓、铟等元素能够避免光衰现象，但这些元素在硅中的分凝系数低，造成硅棒电阻率分布不均，制备出的P型硅片成品率低；磷掺杂的N型硅太阳能电池由于其能避免光致衰减现象，备受关注，但制备N型太阳能电池需要彻底改变当前传统电池生产工艺。