艾斌，鄧幼俊

(1.中山大學(xué)材料科學(xué)與工程學(xué)院，廣東 廣州 510006; 2.中山大學(xué)物理學(xué)院∥廣東省光伏技術(shù)重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室，廣東 廣州 510006)

摻硼 p 型晶體硅太陽(yáng)電池B-O缺陷致光衰及其抑制的研究進(jìn)展*

艾斌1,2，鄧幼俊2

(1.中山大學(xué)材料科學(xué)與工程學(xué)院，廣東 廣州 510006; 2.中山大學(xué)物理學(xué)院∥廣東省光伏技術(shù)重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室，廣東 廣州 510006)

摻硼p型晶體硅太陽(yáng)電池一直牢牢占據(jù)著光伏市場(chǎng)的主導(dǎo)地位，但硼-氧(B-O)缺陷引起的光衰(LID: Light induced degradation)極大地限制了它的發(fā)展。最新的對(duì)太陽(yáng)電池加熱同時(shí)注入少數(shù)載流子的B-O缺陷“復(fù)原”(regeneration)技術(shù)有望徹底解決摻硼p型晶體硅太陽(yáng)電池的LID問題。鑒于摻硼p型晶體硅太陽(yáng)電池LID及其抑制措施的研究對(duì)提高晶體硅太陽(yáng)電池性能表現(xiàn)的長(zhǎng)期穩(wěn)定性有重要作用，回顧了近年在摻硼p型晶體硅太陽(yáng)電池LID及其抑制措施方面的研究進(jìn)展，并對(duì)最新發(fā)展出的B-O缺陷“復(fù)原”技術(shù)給予了重點(diǎn)介紹。

晶體硅太陽(yáng)電池；硼-氧缺陷；光衰；復(fù)原

目前，晶體硅太陽(yáng)電池主要使用摻硼p型晶體硅片作為襯底。根據(jù)國(guó)際光伏技術(shù)路線圖(ITRPV)組織2016年10月發(fā)布的2015年國(guó)際光伏市場(chǎng)份額數(shù)據(jù)[1]，由摻硼p型晶體硅片制備的常規(guī)鋁背場(chǎng)(Al-BSF)電池占88%，由摻硼p型晶體硅片制備的高效PERC(Passivated Emitter and Rear Cell)電池占7%，由n型硅片制備的高效HIT(Hetero-junction with Intrinsic Thin-layer)電池占2%，由n型硅片制備的高效IBC(Interdigitated Back Contact)電池占3%[1]。由于具有更高的性價(jià)比，摻硼p型鑄錠多晶硅(mc-Si)電池比摻硼p型直拉單晶硅(Cz-Si)電池占據(jù)更大的市場(chǎng)份額，p型mc-Si電池約占65%，p型Cz-Si電池約占30%[1]。摻硼p型Cz-Si片和mc-Si片都是以高純多晶硅為原料通過直拉法(Czochralski)或者鑄錠法(cast ingot)形成晶體，然后切片得來的[2]。

雖然摻硼p型晶體硅太陽(yáng)電池憑借著低成本、高效率、長(zhǎng)壽命以及成熟的工藝技術(shù)等競(jìng)爭(zhēng)優(yōu)勢(shì)，一直牢牢占據(jù)著光伏市場(chǎng)的統(tǒng)治地位，但是摻硼p型晶體硅太陽(yáng)電池存在光衰(LID: Light induced degradation)的劣勢(shì)。該現(xiàn)象最早是由Fischer和Pschunder[3]于1973年發(fā)現(xiàn)的，即太陽(yáng)電池的電性能參數(shù)(效率、開路電壓和短路電流等)在光照的前幾個(gè)小時(shí)內(nèi)不斷衰減，最后達(dá)到飽和。在黑暗條件下200 ℃低溫退火幾十分鐘之后，太陽(yáng)電池的效率可以恢復(fù)。但是，如果繼續(xù)光照的話，電池的效率又會(huì)衰減。

自摻硼p型晶體硅太陽(yáng)電池的LID現(xiàn)象被發(fā)現(xiàn)以來，它就一直受到人們的關(guān)注。1997年，Schmidt 等[4]提出摻硼p型晶體硅太陽(yáng)電池的LID現(xiàn)象是由光照下生成的對(duì)少數(shù)載流子具有較強(qiáng)復(fù)合能力的硼氧對(duì)(BiOi)引起的。2003年，Schmidt等[5]又將有復(fù)合活性的硼-氧(B-O)缺陷修正為硼氧復(fù)合體(BsO2i)。自硼氧對(duì)(BiOi)模型被提出以來，全世界范圍掀起了對(duì)摻硼p型晶體硅太陽(yáng)電池LID機(jī)理和抑制措施的研究熱潮。經(jīng)過近20年來的大量研究，人們對(duì)摻硼p型晶體硅太陽(yáng)電池LID機(jī)理及抑制措施的認(rèn)識(shí)有了長(zhǎng)足的進(jìn)步。盡管如此，目前大規(guī)模工業(yè)化生產(chǎn)的摻硼p型晶體硅太陽(yáng)電池仍然遭受著不同程度的LID。就B-O缺陷引起的LID(BO-LID)而言，硼、氧含量越高，BO-LID引起的電池效率損失越嚴(yán)重。因Cz-Si具有比mc-Si更高的氧含量(前者約15～18 ppma，后者<10 ppma)[6]，p型Cz-Si太陽(yáng)電池因BO-LID造成的效率損失通常比p型mc-Si電池的嚴(yán)重，前者可達(dá)10%(相對(duì)值)[7]，而后者大約為2%～4%(相對(duì)值)[6-7]。

在BO-LID的抑制研究方面，特別值得一提的是，Herguth等[8]于2006年發(fā)現(xiàn)摻硼Cz-Si太陽(yáng)電池在光照的同時(shí)給予加熱， BO-LID會(huì)發(fā)生“復(fù)原”(regeneration)，更重要的是B-O缺陷的“復(fù)原態(tài)”在太陽(yáng)電池工作條件下是穩(wěn)定的?！皬?fù)原”反應(yīng)一經(jīng)報(bào)道，就在光伏學(xué)界和產(chǎn)業(yè)界內(nèi)引起了很大的轟動(dòng)，因?yàn)檫@項(xiàng)技術(shù)極有可能從根本上解決長(zhǎng)期以來困擾摻硼p型晶體硅太陽(yáng)電池發(fā)展的瓶頸問題。

鑒于摻硼p型晶體硅太陽(yáng)電池是當(dāng)今光伏發(fā)電市場(chǎng)的絕對(duì)主力，對(duì)摻硼p型晶體硅電池LID及其抑制措施的研究無疑具有重要的研究?jī)r(jià)值和意義。本文將回顧近年來在此領(lǐng)域的研究進(jìn)展，并對(duì)BO-LID復(fù)原技術(shù)予以重點(diǎn)介紹。在此基礎(chǔ)上，對(duì)摻硼p型晶體硅太陽(yáng)電池LID及其抑制措施下一步的研究趨勢(shì)做一個(gè)展望。

1 光衰機(jī)理的研究

為了找到抑制或完全消除摻硼p型晶體硅太陽(yáng)電池LID的方法，揭示p型晶體硅片及其太陽(yáng)電池的LID機(jī)理至關(guān)重要。關(guān)于摻硼Cz-Si的LID機(jī)制，目前大家比較公認(rèn)的是Schmidt提出的BsO2i模型[7,9-11]，其模型示意圖如圖1所示。該模型認(rèn)為光照(光注入)或外加正向偏壓(電注入)在p型晶體硅片中產(chǎn)生的少數(shù)載流子(電子)會(huì)增強(qiáng)兩個(gè)間隙氧原子組成的氧原子對(duì)(O2i)的擴(kuò)散；快速擴(kuò)散的O2i被Bs束縛就會(huì)形成對(duì)少子具有很強(qiáng)復(fù)合活性的BsO2i缺陷；光照引起晶體硅少子壽命的衰減，進(jìn)而導(dǎo)致了太陽(yáng)電池性能的衰減。200 ℃的低溫退火則促進(jìn)了BsO2i缺陷的分解，BsO2i變成了沒有復(fù)合活性的Bs和O2i，從而使晶體硅的少子壽命和太陽(yáng)電池的性能參數(shù)得以完全恢復(fù)[7,9-11]。

圖1 BsO2i缺陷的結(jié)構(gòu)示意圖[7]Fig.1 The diagram of structure of BsO2i complex

除了BsO2i模型以外， Voronkov于2010年提出了由一個(gè)間隙硼(Bi)和兩個(gè)間隙氧(Oi)組成的BiO2i模型。Voronkov的模型是基于B和P共摻雜的p型補(bǔ)償硅片光衰與空穴濃度有關(guān)的實(shí)驗(yàn)結(jié)果提出來的。該模型認(rèn)為光照前材料中存在由一個(gè)間隙硼(Bi)和兩個(gè)間隙氧(Oi)組成的潛在BiO2i缺陷。光照產(chǎn)生的非平衡少數(shù)載流子(電子)誘發(fā)了潛在的BiO2i缺陷的重構(gòu)(reconstruction)，形成了有復(fù)合活性的BiO2i缺陷[12]。圖2給出了該模型從降級(jí)(degradation)、恢復(fù)(recovery)、到潛在BiO2i缺陷重新生成(recreation)的全過程的示意圖。潛在的BiO2i缺陷的重構(gòu)形成了有復(fù)合活性的BiO2i缺陷代表降級(jí)的過程；有復(fù)合活性的BiO2i缺陷的分解和間隙硼原子(Bi)的聚集形成了硼團(tuán)簇(Bi-cluster)代表長(zhǎng)時(shí)間光照后的恢復(fù)；硼團(tuán)簇釋放間隙硼原子和接下來氧原子對(duì)對(duì)間隙硼原子的束縛代表了黑暗條件下潛在BiO2i缺陷重新生成的過程[12]。

圖2 BiO2i模型給出的降級(jí)、復(fù)原、潛在BiO2i缺陷重新生成的過程示意圖[12]Fig.2 A flow chart for degradation, recovery and recreation of the latent BiO2i defects

2014年，Voronkov修改了模型，提出快速光衰階段主要的復(fù)合中心FRC(fast-formed recombination center)開始于潛在的BsO2復(fù)合體，而慢速光衰階段主要的復(fù)合中心SRC(slow-formed recombination center)開始于潛在的BiBsO[13]。在該模型中，BiBsO被認(rèn)為在低溫條件下由BiO分解產(chǎn)生的快速擴(kuò)散雜質(zhì)Bi與BsO反應(yīng)生成。因此，潛在的BiBsO的凍結(jié)(frozen-in)濃度被認(rèn)為與p0和[Oi]2成正比，盡管復(fù)合體中只包含一個(gè)氧原子。在光照過程中，BiBsO被認(rèn)為發(fā)生了少數(shù)載流子引起的重構(gòu)，其荷電態(tài)從0變?yōu)?1，形成了SRC缺陷[13]。該模型的另一個(gè)基本特征是包含了快速擴(kuò)散雜質(zhì)Bi原子，因此可通過將其轉(zhuǎn)變?yōu)榕鸺{米沉淀而消除潛在的BiBsO復(fù)合體。

盡管國(guó)際上許多單位譬如德國(guó)ISFH研究所[7, 9-10]、英國(guó)Exeter大學(xué)[11]、意大利MEMC公司[12-13]、澳大利亞UNSW大學(xué)[14]包括我國(guó)的浙江大學(xué)硅材料國(guó)家重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室[15-18]都對(duì)硼-氧缺陷的本質(zhì)屬性以及硼-氧缺陷引起的光衰(BO-LID)的內(nèi)在機(jī)制進(jìn)行了大量的研究，但是在理論上具體的有復(fù)合活性的缺陷至今仍不清楚[19]。

2 光衰抑制措施的研究

在摻硼p型晶體硅片及其太陽(yáng)電池的LID及其抑制措施的實(shí)驗(yàn)研究方面，特別值得一提的是：國(guó)際上的一些主要研究機(jī)構(gòu)曾在1999 年對(duì)該問題進(jìn)行了聯(lián)合研究[20]。研究所用的硅片包括不同摻雜濃度的摻硼直拉單晶硅(B-Cz-Si)、摻磷直拉單晶硅(P-Cz-Si)、摻鎵直拉單晶硅(Ga-Cz-Si)、摻硼區(qū)熔單晶硅(B-FZ-Si)、摻硼磁控直拉單晶硅(B-MCz-Si)等。這些不同摻雜類型和種類的硅片由日本Shin-Etsu Handotai公司提供。該研究致力于尋找LID與硅片種類、摻雜類型、摻雜濃度(特別是替位硼(Bs)和間隙氧(Oi)的濃度)之間的關(guān)系。研究得到的主要結(jié)論有[20-23]：① 氧含量較高(約10～18 ppma)的B-Cz-Si存在LID現(xiàn)象；② 氧含量極低(<0.1 ppma)的B-FZ-Si無LID現(xiàn)象；③ 氧含量很低(<幾個(gè)ppma)的B-MCz-Si幾乎沒有LID現(xiàn)象；④ B-Cz-Si的LID與硼和氧的濃度密切相關(guān)，暗示了存在B-O缺陷；⑤ 高溫過程有助于減小B-Cz-Si的LID； ⑥ 摻磷直拉單晶硅(P-Cz-Si)或摻磷區(qū)熔單晶硅(P-FZ-Si)均無LID現(xiàn)象； ⑦ 摻鎵直拉單晶硅(Ga-Cz-Si)無LID現(xiàn)象。由以上結(jié)論，可以總結(jié)出抑制摻硼Cz-Si及其太陽(yáng)電池的LID現(xiàn)象的措施。但，這些措施卻因?yàn)榉N種原因至今也沒有在工業(yè)界獲得大面積的推廣應(yīng)用。例如，使用MCz-Si雖然可以把硅單晶棒中的氧含量降低到可接受的水平。但是，由于該方法需要在常規(guī)單晶爐上加裝磁體裝置。這不僅增加了設(shè)備投資，而且使得生長(zhǎng)過程比常規(guī)Cz-Si過程復(fù)雜，需要消耗更多的能量。因此，MCz-Si的生產(chǎn)成本較高[2]；FZ-Si片質(zhì)量雖高，但價(jià)格昂貴，且硅棒直徑的大小受到限制。FZ-Si片目前僅用于半導(dǎo)體工業(yè)中，不符合太陽(yáng)電池低成本的要求[2]；使用高阻p型硅片來降低摻硼濃度，雖然可以抑制光衰，但是電池效率也會(huì)隨之降低[2]；若使用Ga替代B作為p型摻雜劑，Ga摻雜的均勻性問題則無法解決，造成單晶硅棒的頭尾電阻率變化很大，使得硅棒的利用率降低[2]；若使用摻磷n型硅片制作電池，太陽(yáng)電池的制程需要做相應(yīng)的改變。此外，摻磷n型硅片存在BBr3熱擴(kuò)散形成的p+發(fā)射結(jié)均勻性較差、擴(kuò)硼制結(jié)需要更長(zhǎng)的時(shí)間和更高的溫度以及硼發(fā)射結(jié)電極接觸的問題等[2,24]。

近來，在摻硼p型Cz-Si及其太陽(yáng)電池LID抑制措施研究方面取得了一些突破性的進(jìn)展。Herguth等[8]于2006年發(fā)現(xiàn)摻硼Cz-Si太陽(yáng)電池在載流子注入(譬如使用光強(qiáng)大于1 000 W/m2的光照射)的同時(shí)給予加熱(50～210 ℃)，B-O缺陷引起的衰減(BO-LID)會(huì)發(fā)生“復(fù)原”反應(yīng)，即B-O缺陷會(huì)由具有復(fù)合活性的“降級(jí)態(tài)”轉(zhuǎn)變?yōu)閱适?fù)合活性的“復(fù)原態(tài)”。因而，B-O缺陷造成的少子壽命的衰減基本能完全恢復(fù)，更重要的是——B-O缺陷的“復(fù)原態(tài)”在太陽(yáng)電池工作條件下是穩(wěn)定的。但是，若在200 ℃退火1 h就可完全打破B-O缺陷的“復(fù)原態(tài)”。一旦光照繼續(xù)，又會(huì)發(fā)生完全的光衰[25-29]。為了揭示這一實(shí)驗(yàn)現(xiàn)象的機(jī)理，2008年Herguth等[26-27]提出了B-O缺陷的“三態(tài)模型”并不斷對(duì)此模型進(jìn)行了修正。圖3給出了最新的“三態(tài)模型”的示意圖[25]。如圖所示，B-O缺陷有“退火態(tài)”(高少子壽命)、“降級(jí)態(tài)”(低少子壽命)和“復(fù)原態(tài)”(高少子壽命)3個(gè)狀態(tài)。退火(annealing)和去穩(wěn)定(destablilization)發(fā)生在黑暗條件下，而降級(jí)(degradation)和復(fù)原(regeneration)僅在載流子注入時(shí)發(fā)生[25]。在T>100 ℃的黑暗條件下，“退火”起主導(dǎo)作用；在T<100 ℃的光照條件下，“降級(jí)”起主導(dǎo)作用；在100 ℃230 ℃時(shí)，“去穩(wěn)定”起主導(dǎo)作用[25]。所有4個(gè)反應(yīng)都是熱激活反應(yīng)，且退火、去穩(wěn)定、降級(jí)和復(fù)原所對(duì)應(yīng)的激活能分別為1.3、1.25、0.4和1.0eV[28]。到目前為止，BO-LID的復(fù)原反應(yīng)已被大量實(shí)驗(yàn)所證實(shí)。

圖3 B-O亞穩(wěn)缺陷的3種狀態(tài)及其相互轉(zhuǎn)變的路徑[25]Fig.3 Transition reactions between the three B-O related metastable defect states

大量實(shí)驗(yàn)現(xiàn)象證明：硅體區(qū)有氫存在、升高溫度和少子注入是BO-LID復(fù)原反應(yīng)發(fā)生的3大必要條件?；谶@3大必要條件，Wilking等[25,28-29]提出了BO-LID復(fù)原反應(yīng)的氫鈍化模型。該模型認(rèn)為：少子注入可以顯著降低晶體硅中其它雜質(zhì)原子(譬如硼)對(duì)氫原子的束縛勢(shì)壘；其次，少子注入可以使相當(dāng)多的氫變?yōu)殡娭行缘腍0，而H0比H+更易在硅晶體中擴(kuò)散；再次，在p型晶體硅中B-O缺陷通常帶正電，少子注入會(huì)改變其自身帶電狀態(tài)，使H0可以更容易地與它們結(jié)合。一旦氫變?yōu)橐滓苿?dòng)的原子態(tài)的H0，升高溫度可以增強(qiáng)H0的擴(kuò)散，使得H0對(duì)B-O缺陷的鈍化能更加有效和快速地進(jìn)行。因此，BO-LID復(fù)原反應(yīng)實(shí)質(zhì)上就是B-O缺陷被H0原子鈍化的反應(yīng)。Wilking等聲稱BO-LID復(fù)活反應(yīng)的氫鈍化模型可以解釋所有已知的實(shí)驗(yàn)結(jié)果[25, 28-29]。

除了Wilking等提出的氫鈍化模型以外，Voronkov還提出了一個(gè)用來解釋BO-LID復(fù)原反應(yīng)的硼納米沉淀沉降模型。該模型認(rèn)為，BO-LID的復(fù)原是因?yàn)樵趶?fù)原條件(升高的溫度和少數(shù)載流子注入)下含Bi缺陷(包括BiBsO)分解，產(chǎn)生了自由Bi原子，Bi原子被硼納米沉淀吸收，造成了所有含Bi缺陷(包括BiBsO)的消失，因此，接下來在室溫下光照不會(huì)導(dǎo)致新的光衰。值得注意的是，在Voronkov給出的BO-LID復(fù)原模型中，沒有氫的參與。該模型認(rèn)為，BiBsO缺陷的分解和Bi沉降為硼納米沉淀是BO-LID復(fù)原的關(guān)鍵。因?yàn)榕鸺{糜沉淀的成核溫度在600 ℃附近，所以復(fù)原的速率應(yīng)正比于硼納米沉淀的沉降速率，因此正比于600 ℃附近的冷卻速率[13,30]。

然而，Hallam等于2015年報(bào)道的實(shí)驗(yàn)結(jié)果對(duì)氫鈍化模型更為有利，他們的研究表明[31]，只有表面覆蓋有SiNx∶H膜并且經(jīng)過鏈?zhǔn)綗Y(jié)爐快速熱處理的樣品才顯示了復(fù)原反應(yīng)，此外，完全的壽命恢復(fù)可以在峰值溫度大于500 ℃的燒結(jié)過程實(shí)現(xiàn)，該溫度低于硼納米沉淀沉降模型給出的臨界溫度(600 ℃)。通過在鏈?zhǔn)綗Y(jié)爐熱處理之后引入一個(gè)歷時(shí)8s的“快速形成并同時(shí)氫鈍化B-O缺陷”的激光氫鈍化過程，在約為360 ℃的峰值溫度下壽命樣品中超過95%的B-O缺陷被氫化了，而將同樣的過程應(yīng)用于標(biāo)準(zhǔn)的絲網(wǎng)印刷鋁背場(chǎng)電池，電池的效率在接下來的光衰測(cè)試中是穩(wěn)定的，而沒有進(jìn)行激光氫鈍化處理的電池遭受了0.7%(絕對(duì)值)的效率降級(jí)。作者認(rèn)為B-O缺陷的快速氫鈍化(8s)得益于B-O缺陷的快速形成(4s)，因?yàn)樵撨^程使用了160Suns的高光強(qiáng)來加速B-O缺陷和氫原子(H0)的形成。然而，與Voronkov持相同觀點(diǎn)的Walter等[32]于2016年發(fā)表的論文，仍堅(jiān)持他們?cè)瓉淼挠^點(diǎn)，認(rèn)為BO-LID的復(fù)原不需要?dú)涞膮⑴c；影響復(fù)原反應(yīng)的關(guān)鍵參數(shù)是冷卻速率而不是氫含量，冷卻速率越快，復(fù)原速率越快；高溫?zé)Y(jié)時(shí)從含氫鈍化層釋放的氫對(duì)BO-LID的復(fù)原反應(yīng)沒有貢獻(xiàn)。然而，為了獲得大于1ms的少子壽命，富氫鈍化層和快速退火這兩個(gè)條件缺一不可，作者認(rèn)為這是氫鈍化了硅片中的其他本底缺陷所致。總之，人們有關(guān)BO-LID復(fù)原反應(yīng)的機(jī)理仍存在爭(zhēng)論。

3 展 望

自B-O缺陷“復(fù)原”反應(yīng)被發(fā)現(xiàn)以來，人們已對(duì)BO-LID復(fù)原反應(yīng)與復(fù)原條件(如溫度、光強(qiáng)和氫含量)的關(guān)系做了大量研究，并基本弄清了它們之間的關(guān)系和反應(yīng)機(jī)理。但到目前為止，BO-LID復(fù)原技術(shù)還沒有在產(chǎn)業(yè)界獲得大規(guī)模推廣應(yīng)用，主要原因是與產(chǎn)業(yè)化密切相關(guān)的問題還沒有獲得很好地解答[33]。譬如，BO-LID復(fù)原反應(yīng)的長(zhǎng)期穩(wěn)定性如何？BO-LID復(fù)原過程的處理時(shí)間能否滿足生產(chǎn)流水線對(duì)過程時(shí)間的要求？為了避免不可控因素的干擾，已發(fā)表的絕大部分有關(guān)BO-LID復(fù)原反應(yīng)的研究都是在 “壽命樣品”上獲得的。這些研究結(jié)果在多大程度上對(duì)實(shí)際生產(chǎn)的太陽(yáng)電池有效，以及太陽(yáng)電池生產(chǎn)工藝應(yīng)做哪些調(diào)整和改進(jìn)，仍是一個(gè)未知數(shù)[33]。此外，就目前的研究結(jié)果來看，BO-LID復(fù)原反應(yīng)并不能完全鈍化晶體硅內(nèi)部的B-O缺陷。因?yàn)锽-O缺陷只能終止于一個(gè)由退火態(tài)、降級(jí)態(tài)和復(fù)原態(tài)組成的混合態(tài)。有研究表明，在理想的工藝條件下，(97±2)%的B-O缺陷可被鈍化[25]。

BO-LID復(fù)原技術(shù)的發(fā)展有可能徹底解決摻硼p型晶體硅太陽(yáng)電池的LID問題，所以我們認(rèn)為它將是摻硼p型晶體硅太陽(yáng)電池的光衰及其抑制研究下一步工作的重點(diǎn)。而，對(duì)BO-LID復(fù)原技術(shù)的研究將主要圍繞與其產(chǎn)業(yè)化應(yīng)用密切相關(guān)的問題展開，特別是產(chǎn)業(yè)化最關(guān)心的問題—“BO-LID復(fù)原反應(yīng)的長(zhǎng)期穩(wěn)定性”無疑將是未來研究的重點(diǎn)方向。目前，有關(guān)BO-LID復(fù)原反應(yīng)的長(zhǎng)期穩(wěn)定性的報(bào)道嚴(yán)重偏少。已有的少量報(bào)道，也是利用理想樣品在較短時(shí)間內(nèi)獲得的結(jié)果。譬如，Wilking等對(duì)已復(fù)原的 “壽命樣品”在60 ℃下用一個(gè)太陽(yáng)光強(qiáng)進(jìn)行了長(zhǎng)時(shí)間(60d)光照以模擬太陽(yáng)電池實(shí)際的運(yùn)行條件，發(fā)現(xiàn)已復(fù)原的B-O缺陷出現(xiàn)了降級(jí)，但卻并不顯著；而占比更大的壽命降級(jí)則是由B-O缺陷以外的其它缺陷引起的(例如表面鈍化的降級(jí))[25]。因已有的關(guān)于BO-LID復(fù)原反應(yīng)的長(zhǎng)期穩(wěn)定性的研究存在數(shù)量嚴(yán)重偏少和實(shí)驗(yàn)條件過于理想化等缺點(diǎn)，以致于并不能打消人們對(duì)BO-LID復(fù)原反應(yīng)的長(zhǎng)期穩(wěn)定性的疑慮。我們認(rèn)為：只有對(duì)經(jīng)復(fù)原技術(shù)處理的“壽命樣品”、“摻硼p型晶體硅太陽(yáng)電池”以及“晶體硅太陽(yáng)電池組件”的少子壽命和轉(zhuǎn)換效率等參數(shù)在“實(shí)驗(yàn)室環(huán)境”、“戶外環(huán)境”條件下進(jìn)行系統(tǒng)長(zhǎng)期(至少1年)的LID測(cè)試，才能對(duì)“BO-LID復(fù)原效果的長(zhǎng)期穩(wěn)定性”的問題給出令人滿意的解答和令人信服的證據(jù)。值得一提的是，晉能公司在2016年6月召開的32屆歐盟光伏會(huì)議(32ndEUPSEC)上報(bào)道了PERC電池復(fù)原穩(wěn)定性的研究結(jié)果[34]。他們對(duì)PERC電池進(jìn)行了“電注入+加熱”復(fù)原處理，然后將它們封裝為組件進(jìn)行了戶外測(cè)試，結(jié)果表明，經(jīng)過復(fù)原處理的PERC電池組件在75d的戶外測(cè)試中性能保持穩(wěn)定，因光衰造成的功率損失小于1.5%，該結(jié)果優(yōu)于常規(guī)多晶硅電池，展現(xiàn)了較高的穩(wěn)定性。

4 結(jié) 論

摻硼p型晶體硅太陽(yáng)電池憑借其摻雜的均勻性和工藝技術(shù)的成熟性長(zhǎng)期牢固占據(jù)著光伏市場(chǎng)的主導(dǎo)地位，但其自身存在的LID問題也限制了它的進(jìn)一步發(fā)展。自摻硼p型晶體硅太陽(yáng)電池的B-O缺陷被發(fā)現(xiàn)以來，人們對(duì)摻硼p型晶體硅太陽(yáng)電池的LID及其抑制進(jìn)行了大量的研究，基本上明確了B-O缺陷是引起摻硼p型Cz-Si太陽(yáng)電池LID的主要原因，揭示了BO-LID的機(jī)理，并提出了一些抑制BO-LID的有效措施。特別地，最新發(fā)展出的BO-LID復(fù)原技術(shù)有可能徹底解決摻硼p型晶體硅太陽(yáng)電池的LID問題。目前，BO-LID復(fù)原技術(shù)之所以還沒有實(shí)現(xiàn)大規(guī)模產(chǎn)業(yè)化應(yīng)用，是因?yàn)榕c產(chǎn)業(yè)化密切相關(guān)的問題還沒有獲得很好地解答。隨著研究的深入，相信阻礙BO-LID復(fù)原技術(shù)實(shí)現(xiàn)大規(guī)模產(chǎn)業(yè)化應(yīng)用的問題會(huì)逐一被解決，而摻硼p型晶體硅太陽(yáng)電池的LID也將會(huì)在極大程度上被抑制。

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Research progress on LID caused by B-O defects and its suppression for B-doped p-type crystalline silicon solar cells

AIBin1,2,DENGYoujun2

(1. School of Materials Science and Engineering, Sun Yat-sen University, Guangzhou 510006，China; 2. Guangdong Provincial Key Laboratory of Photovoltaic Technology, School of Physics, Sun Yat-sen University, Guangzhou 510006，China)

Although boron-doped p-type crystalline silicon solar cells have been firmly occupying the dominant share in PV market, the light induced degradation (LID) caused by boron-oxygen (B-O) defects greatly limits their development. Newly-developed B-O defects regeneration technology combining minority carriers injection and heating has the potential to completely solve the LID problems of boron-doped p-type crystalline silicon solar cells. Considering that the research work on LID and its suppression measure is of a great importance to improve long term stability of today’s mainstream crystalline silicon solar cells, the authors review the recent research progress on LID and its inhibition method of boron-doped p-type crystalline silicon solar cells, and emphatically introduce the newly-developed B-O defects regeneration technology.

crystalline silicon solar cells；B-O defects；light induced degradation (LID)；regeneration

10.13471/j.cnki.acta.snus.2017.03.001

2016-10-10 基金項(xiàng)目：廣東省戰(zhàn)略性新興產(chǎn)業(yè)核心技術(shù)攻關(guān)項(xiàng)目( 2011A032304001)；廣東省科技計(jì)劃項(xiàng)目(2013B010405011)

艾斌(1973年生)，男；研究方向：太陽(yáng)能材料與太陽(yáng)電池；E-mail: stsab@mail.sysu.edu.cn

TM615

A

0529-6579(2017)03-0001-07