晶体硅太阳能电池片老化特性研究

翟金叶

摘 要：近年来，太陽能光伏应用发展迅速，截止2016年底，全球光伏装机量高达77.42GW，在能源结构中所占的比例逐渐上升。然而，在快速发展的同时，太阳能电池的可靠性存在着较大的隐患，主要表现为两种形式，一种是非太阳能电池片部分的老化，如封装材料、互连材料、玻璃盖板等材料的老化或损坏；另一种是太阳能电池片部分的老化，如p-n结内的漏电现象、表面与界面处的缺陷增多等。本文就晶体硅太阳能电池片老化特性进行了分析和探讨。

关键词：太阳能电池；晶体硅；电池片老化

中图分类号：TM914 文献标识码：A 文章编号：1671-2064（2018）05-0201-02

1 试验方法

1.1 电池片制作

选取尺寸为6英寸（15.24cm）1/9大小的多晶硅片和5英寸（12.7cm）1/4大小的单晶硅片，经清洗、制绒、扩散、刻蚀和镀减反射膜制作初步的电池片，其电池的方阻为80Ω/□。再利用4种不同水煮特性的铝背场浆料（编号分别为AL-1、AL-2、AL-3、AL-4），用相同的背银和正银电极，经丝网印刷、烧结工艺制作出多晶硅电池片，类似地，用AL-1类型铝浆与相同的背银和正银电极制作单晶电池片。其中印刷网版为360目（40μm），栅线宽度为80μm，9温区红外隧道烧结炉的各温区设置分别为：320，340，350，520，570，610，650，790和900℃，烧结炉传送带速度为6.1m/min。

1.2 水煮试验

将4种不同铝背场的多晶硅电池片同时放入80℃的数显恒温水浴锅中，记录电池片水煮40min过程中，铝背场产生气泡、脱粉以及网带印的时间，并观察水煮后电池片的外观和测试其电学性能。

1.3 冷-热循环试验

在所制备的4种多晶硅及单晶硅电池片中，每组各自取8片，再根据GB/T9535-2005/IEC61215-2005中的冷-热循环试验条件进行冷-热循环试验，在相对湿度小于60%的情况下，电池片放置在minicool型高低温试验箱中，在（-40±2）℃和（85±2）℃温度之间不断循环，并保证在两个极端温度的保持时间15min，一次循环约4h。每循环5次取出样品进行电性能测试。

1.4 湿热试验

湿热试验也称双85试验，基于GB/T9535-2005/IEC61215-2005中的湿热试验条件下，类比冷-热循环试验，每组各选取8片电池片，将其置于85℃，85%RH的恒温恒湿试验箱中，每湿热50h取出进行电性能测试。

1.5 性能表征

电池性能测试用电池综合参数测试仪（型号：GSCT-B）在温度为25℃，光照强度为0.1W/cm2下进行测试，分析太阳能电池老化前后转换效率Eff、填充因子FF、开路电压Voc、短路电流Isc、串联电阻Rs、并联电阻Rsh等重要参数的变化；同时使用电致发光（EL）测试仪测试太阳能电池在不同老化时间的EL特性。

2 结果与讨论

2.1 不同铝背场多晶硅电池片的水煮特性

4种不同铝背场多晶硅电池片的水煮变化状况如表1所示，从表1中可发现，AL-1、AL-2两种电池水煮特性。

池片在水煮过程中出现气泡、脱粉、网带印的时间比较接近，水煮40min后这两种电池片呈现出较明显的网带印，而AL-3电池片水煮时发生反应的时间较长，水煮30min后才发生反应，水煮后的网带印也很浅；AL-4电池片表现最好，整个水煮过程中都没有发生化学反应，其水煮后的外观如图1所示，可直观地看出4种电池片水煮性能由好到差为AL-4、AL-3、AL-1、AL-2。水煮试验反应出铝背场的湿热稳定性，水煮时铝背场的化学反应如下：

2Al（s）+6H2O（l）→2Al（OH）3（s）+3H2（g）

用于制作铝背场的铝浆是由铝粉、玻璃粉和有机载体等组成的，4种铝浆的不同之处在于玻璃粉不同，玻璃在电池烧结过程中起助熔和形成牢固铝膜的作用，因此，4种铝背场的致密性和铝膜的氧化程度不同。致密度较差和氧化不够的铝膜，水煮时水分子易透过间隙，与铝颗粒发生反应，产生气泡，并脱粉，随后铝背场表面逐渐形成网带印。可见，电池片在烧结时，铝膜表面的氧化程度和致密度等因素对铝背场的水煮特性有直接的影响，铝背场耐水煮特性好，说明铝膜的稳定性好。

表2反映出电池片水煮前后电学性能变化，可以看出AL-1、AL-2、AL-3、AL-4电池片的效率衰减率依次为-0.59%， 1.11%，0.31%和0，基本上和电池片的水煮特性相一致。

2.2 4种多晶硅电池片的冷-热循环特性

在冷-热循环试验过程中，4种多晶硅电池片的效率衰减率的变化趋势如图1所示（衰减率是相对于老化前的初始效率）。从图1可看出，在0～40次冷-热循环过程中，电池片的效率衰减率明显增大，而在40次冷-热循环后其衰减趋于稳定，AL-2和AL-4电池片的冷-热循环老化特性较好，AL-3电池片所表现的老化特性最差。试验前后AL-2与AL-4的电池效率衰减率分别为-10.73%和-10.50%，而AL-1和AL-3样品的效率衰减率较大，为-12.36%和-12.98%。由此得出4种电池片的热循环老化特性由好到差依次为：AL-4、AL-2、AL-1、AL-3，说明电池的冷-热循环衰减特性与电池的铝背场的配方组分有较大关系，但与背场的水煮特性无直接关系。

电池片冷-热循环老化特性的较大差异，一是由于冷-热循环条件作用下，多晶硅片存在较多的晶界与位错缺陷得以恶化，形成少子复合中心，捕获大量的电子与空穴，使该区域没有激发出1150nm的红外光子，导致CCD相机无法捕捉到红外光，EL图呈现较多黑斑缺陷；另外，由于4种铝浆制备过程中所引进的杂质元素含量与种类不同，不同浓度的杂质元素形成少子复合中心，会降低基区的少子寿命，从而使4种电池片EL图呈现不同程度的黑斑，表现出不同的冷-热老化特性。

3 结语

不同铝背场材料的电池片水煮特性有所不同，水煮特性较好的电池片表现出较好的湿热老化特性，但电池片的冷-热循环老化特性与其水煮特性无直接关系，主要与电池的缺陷种类和杂质含量有关。

参考文献

[1]梁哲，王国峰，朱景兵.晶体硅太阳电池铝背场附着力测试与分析[C].第十四届中国光伏大会暨2014中国国际光伏展览会.西安：西安电子科技大学出版社，2014：119-124.

[2]付明，程思国，王玥，等.Te-Bi玻璃对晶体硅太阳能电池正银电极性能的影响[J].无机材料学报，2016，31（8）：785-790.