黑斑問(wèn)題一直是電池片EL不良的前三項(xiàng)問(wèn)題，黑斑的種類多，從異常的產(chǎn)生來(lái)講可以分為兩類，一類為偶然工藝原因，此類主要有不規(guī)則、不定期的特點(diǎn)，另一類是規(guī)則出現(xiàn)，特征性強(qiáng)。本文主要針對(duì)電池片的EL測(cè)試規(guī)則黑斑問(wèn)題展開(kāi)分析并提出一些意見(jiàn)。
EL測(cè)試原理
EL測(cè)試儀是通過(guò)對(duì)電池片通入1-40mA的正向電流，作用于擴(kuò)散結(jié)兩邊,電能把處于基態(tài)的原子進(jìn)行激發(fā)，使其處于激發(fā)態(tài)，處于激發(fā)態(tài)的原子不穩(wěn)定，進(jìn)行自發(fā)輻射。通過(guò)濾波片的作用及底片的曝光程度來(lái)了解在自發(fā)輻射中本征躍遷的情況，通過(guò)少子壽命、密度與光強(qiáng)間的關(guān)系，從底片的曝光程度，來(lái)判斷硅片中是否存在缺陷。
由于晶硅太陽(yáng)電池中少子的擴(kuò)散長(zhǎng)度遠(yuǎn)遠(yuǎn)大于勢(shì)壘寬度，電子和空穴通過(guò)勢(shì)壘區(qū)時(shí)因復(fù)合而消失的幾率很小。在正向偏置電壓下，p-n結(jié)勢(shì)壘區(qū)和擴(kuò)散區(qū)注入了少數(shù)載流子，這些非平衡少數(shù)載流子不斷與多數(shù)載流子復(fù)合而發(fā)光。
EL黑斑產(chǎn)生的原因
EL測(cè)試的圖像亮度與電池片的少子壽命(或少子擴(kuò)散長(zhǎng)度)與電流密度成正比，在有缺陷的區(qū)域，其少子擴(kuò)散長(zhǎng)度低，發(fā)光強(qiáng)度弱。由于電池片中有缺陷區(qū)域沒(méi)有發(fā)出紅外光，故在EL圖像中呈現(xiàn)“黑斑”。
類型1：特別黑的小點(diǎn)，位置隨機(jī)不固定;
類型2：密集型黑點(diǎn)，黑點(diǎn)區(qū)域廣，一般滿片均勻分布;
類型3：大黑斑，顏色灰色、深灰，位置比較規(guī)則;
以下將對(duì)上述幾種進(jìn)行簡(jiǎn)要分析：
1、效率
該類異常黑斑，在電性能無(wú)明顯體現(xiàn)在FF、Isc、Voc、Rsh上。(說(shuō)明該類異常片主要非來(lái)自正面的影響，切未破壞結(jié)區(qū)，影響載流子的輸運(yùn)。)
2、量子效率測(cè)試
量子效率是用來(lái)表征光電轉(zhuǎn)換器件(圖像傳感器，硅光電池等等)效率的重要指標(biāo)。太陽(yáng)能電池的量子效率是指太陽(yáng)能電池的電荷載流子數(shù)目與照射在太陽(yáng)能電池表面一定能量的光子數(shù)目的比率，因此太陽(yáng)能電池量子效率與太陽(yáng)能電池對(duì)照射在太陽(yáng)能電池表面的各個(gè)波長(zhǎng)的光的響應(yīng)有關(guān)。
以下為不同黑斑片對(duì)應(yīng)外量子效率圖：
圖1
圖2
圖3
如圖1-3，正常單晶電池片和黑斑電池片的量子效應(yīng)隨波長(zhǎng)的變化趨勢(shì)大致相同，說(shuō)明與硅片的質(zhì)量關(guān)系較小。
圖2圖3中顯示中長(zhǎng)波正常區(qū)域比黑斑區(qū)域量子效率高，波長(zhǎng)較長(zhǎng)的波是被電池主體吸收的，遷移過(guò)程及背面表會(huì)產(chǎn)生復(fù)合，而量子效率與電池片的活性層對(duì)光子利用率以及光的反射、透射有關(guān)，實(shí)驗(yàn)中黑斑區(qū)域和正常區(qū)域選自同一片電池片，可以認(rèn)為它的擴(kuò)散深度、減反膜相同，因而推斷此異常是電池清洗過(guò)程殘留雜質(zhì)或背場(chǎng)鈍化的問(wèn)題。
圖1整個(gè)波段沒(méi)有明顯差異，只是中波段正常區(qū)域比黑斑區(qū)域量子效率略高，工藝過(guò)程不是問(wèn)題，問(wèn)題主要是整個(gè)生產(chǎn)過(guò)程雜質(zhì)顆粒對(duì)電池半成品的污染所致。
3、成份元素分析，測(cè)試儀器：ICP-MS
測(cè)試原理：采用激光燒蝕的方法，對(duì)電池片正常區(qū)域和異常區(qū)域的分別測(cè)試成分含量。酸洗過(guò)的電池片制成片狀小樣置于樣品臺(tái)上，樣品表面處激光束聚焦點(diǎn)上。激光器激光轟擊，在樣品上產(chǎn)生小深坑，消耗樣品讓等離子體氣流過(guò)樣品表面，再經(jīng)一導(dǎo)管導(dǎo)入等離子炬，樣品在焰炬中電離，通過(guò)質(zhì)譜儀可以對(duì)樣品微小區(qū)域進(jìn)行分析。
為了降低生產(chǎn)過(guò)程及硅片對(duì)實(shí)驗(yàn)的干擾，每類正常樣品和黑斑樣品均取自同一張電池片。
圖4 小黑點(diǎn)成分測(cè)試圖
圖5 小黑斑成份測(cè)試圖
圖6 大黑斑成份測(cè)試圖
如圖4小黑點(diǎn)類，正常樣品和黑點(diǎn)樣品元素含量差異沒(méi)有明顯變化，唯有 Na原子和Ca原子略有差異，黑點(diǎn)樣品比正常樣品Na含量高132%倍、Ca含量高19.8%倍。
圖5小黑斑類，小黑斑樣品比正常樣品Na含量高283%倍、Ca含量高38.7%倍。
圖6大黑斑類，黑斑樣品比正常樣品Na含量高317%倍、Ca含量高49.4%倍。
從數(shù)據(jù)來(lái)推斷圖5、圖6在黑斑區(qū)域雜質(zhì)元素含量明顯高，形成了較強(qiáng)的復(fù)合中心，而我們的測(cè)試樣品是經(jīng)過(guò)混合酸去除了電極和背場(chǎng)，在電池生產(chǎn)含Na和Ca元素的是酸液，而只有刻蝕和制絨兩個(gè)工序涉及，刻蝕工序酸洗的是電池片背面，我們測(cè)試是正面燒蝕厚度約15μm，因此制絨酸液殘留的可能性較大，圖4在小黑點(diǎn)區(qū)域略高，粉塵顆粒在過(guò)程中污染表面的可能性較大。
4、P+層少子壽命、方阻測(cè)試
圖7 P+層方阻對(duì)比圖
圖8 P+層少子壽命對(duì)比圖
黑斑電池片正常區(qū)域和異常區(qū)域P+層方阻變化不大，說(shuō)明背場(chǎng)燒結(jié)工藝正常，在少子壽命的表現(xiàn)上只有中間大黑斑明顯偏低，而少子壽命偏低主要是受雜質(zhì)復(fù)合影響。因此推論黑點(diǎn)黑斑電池片并非燒結(jié)工序所致。
結(jié)論：
在這里說(shuō)明一下，該類黑斑主要針對(duì)于未見(jiàn)明顯影響到效率的且外觀不可見(jiàn)的類型。
筆者在國(guó)投在職期間。通過(guò)與各組負(fù)責(zé)人跟蹤各道測(cè)試片，擴(kuò)散首尾片，以及瑪雅背鈍化掉渣外觀明顯的片子等，驗(yàn)證到以下內(nèi)容：
1、黑斑非刻蝕、制絨清洗不足導(dǎo)致。仍懷疑清洗后Q-time時(shí)間長(zhǎng)仍可能導(dǎo)致(針對(duì)部分高效不達(dá)標(biāo)的車間，且無(wú)氮?dú)夤窦胺忾]式傳輸小車的公司)以上通過(guò)改善循環(huán)，增加后HCL補(bǔ)加，初配，降低NAOH耗量對(duì)比批量數(shù)據(jù)。
2、黑斑形成與瑪雅掉的碎渣無(wú)關(guān)。(跟蹤驗(yàn)證該類片大一些的僅會(huì)形成淡的小灰斑點(diǎn)，不影響電池片EL)
3、跟蹤瑪雅維護(hù)前后發(fā)現(xiàn)該類異常片處于半爆發(fā)狀態(tài)，鎖定主要來(lái)源于背鈍化。(經(jīng)與其他公司溝通也有該類似問(wèn)題存在，維護(hù)前后相差較大)
4、元素分析顯示NA離子等，可以考慮將制絨和刻蝕堿改用KOH。這里不作過(guò)多說(shuō)明。
5、控制各制程Q-TIME時(shí)間，尤其是濕法工序后，不要超1.5H。平時(shí)需放久一些可以考慮使用保鮮膜進(jìn)行包裹或放置氮?dú)夤瘛?/div>
6、熱工序因環(huán)境溫度關(guān)系潔凈度需跟加控制好。這里建議一些不達(dá)標(biāo)的公司可灑水。將一些粒子吸附到地面，避免與硅片接觸。
7、擴(kuò)散檔片定期跟換。
8、建議將背鈍化設(shè)備設(shè)計(jì)隔離間，方便維護(hù)，保護(hù)其他相鄰道工序不受影響。
9、石墨舟清洗需要干凈，不干凈的石墨舟除了會(huì)導(dǎo)致舟印外還會(huì)有一些與舟貼合的地方留下小斑點(diǎn)。
10、對(duì)于固定位置的黑斑，可以根據(jù)硅片加工流程，將各道工裝夾具進(jìn)行點(diǎn)檢，并畫(huà)出相應(yīng)接觸點(diǎn)的圖，方便日后的排查。
