翟金葉

摘 要：近年來，太陽能光伏應(yīng)用發(fā)展迅速，截止2016年底，全球光伏裝機(jī)量高達(dá)77.42GW，在能源結(jié)構(gòu)中所占的比例逐漸上升。然而，在快速發(fā)展的同時，太陽能電池的可靠性存在著較大的隱患，主要表現(xiàn)為兩種形式，一種是非太陽能電池片部分的老化，如封裝材料、互連材料、玻璃蓋板等材料的老化或損壞；另一種是太陽能電池片部分的老化，如p-n結(jié)內(nèi)的漏電現(xiàn)象、表面與界面處的缺陷增多等。本文就晶體硅太陽能電池片老化特性進(jìn)行了分析和探討。

關(guān)鍵詞：太陽能電池；晶體硅；電池片老化

中圖分類號：TM914 文獻(xiàn)標(biāo)識碼：A 文章編號：1671-2064（2018）05-0201-02

1 試驗方法

1.1 電池片制作

選取尺寸為6英寸（15.24cm）1/9大小的多晶硅片和5英寸（12.7cm）1/4大小的單晶硅片，經(jīng)清洗、制絨、擴(kuò)散、刻蝕和鍍減反射膜制作初步的電池片，其電池的方阻為80Ω/□。再利用4種不同水煮特性的鋁背場漿料（編號分別為AL-1、AL-2、AL-3、AL-4），用相同的背銀和正銀電極，經(jīng)絲網(wǎng)印刷、燒結(jié)工藝制作出多晶硅電池片，類似地，用AL-1類型鋁漿與相同的背銀和正銀電極制作單晶電池片。其中印刷網(wǎng)版為360目（40μm），柵線寬度為80μm，9溫區(qū)紅外隧道燒結(jié)爐的各溫區(qū)設(shè)置分別為：320，340，350，520，570，610，650，790和900℃，燒結(jié)爐傳送帶速度為6.1m/min。

1.2 水煮試驗

將4種不同鋁背場的多晶硅電池片同時放入80℃的數(shù)顯恒溫水浴鍋中，記錄電池片水煮40min過程中，鋁背場產(chǎn)生氣泡、脫粉以及網(wǎng)帶印的時間，并觀察水煮后電池片的外觀和測試其電學(xué)性能。

1.3 冷-熱循環(huán)試驗

在所制備的4種多晶硅及單晶硅電池片中，每組各自取8片，再根據(jù)GB/T9535-2005/IEC61215-2005中的冷-熱循環(huán)試驗條件進(jìn)行冷-熱循環(huán)試驗，在相對濕度小于60%的情況下，電池片放置在minicool型高低溫試驗箱中，在（-40±2）℃和（85±2）℃溫度之間不斷循環(huán)，并保證在兩個極端溫度的保持時間15min，一次循環(huán)約4h。每循環(huán)5次取出樣品進(jìn)行電性能測試。

1.4 濕熱試驗

濕熱試驗也稱雙85試驗，基于GB/T9535-2005/IEC61215-2005中的濕熱試驗條件下，類比冷-熱循環(huán)試驗，每組各選取8片電池片，將其置于85℃，85%RH的恒溫恒濕試驗箱中，每濕熱50h取出進(jìn)行電性能測試。

1.5 性能表征

電池性能測試用電池綜合參數(shù)測試儀（型號：GSCT-B）在溫度為25℃，光照強(qiáng)度為0.1W/cm2下進(jìn)行測試，分析太陽能電池老化前后轉(zhuǎn)換效率Eff、填充因子FF、開路電壓Voc、短路電流Isc、串聯(lián)電阻Rs、并聯(lián)電阻Rsh等重要參數(shù)的變化；同時使用電致發(fā)光（EL）測試儀測試太陽能電池在不同老化時間的EL特性。

2 結(jié)果與討論

2.1 不同鋁背場多晶硅電池片的水煮特性

4種不同鋁背場多晶硅電池片的水煮變化狀況如表1所示，從表1中可發(fā)現(xiàn)，AL-1、AL-2兩種電池水煮特性。

池片在水煮過程中出現(xiàn)氣泡、脫粉、網(wǎng)帶印的時間比較接近，水煮40min后這兩種電池片呈現(xiàn)出較明顯的網(wǎng)帶印，而AL-3電池片水煮時發(fā)生反應(yīng)的時間較長，水煮30min后才發(fā)生反應(yīng)，水煮后的網(wǎng)帶印也很淺；AL-4電池片表現(xiàn)最好，整個水煮過程中都沒有發(fā)生化學(xué)反應(yīng)，其水煮后的外觀如圖1所示，可直觀地看出4種電池片水煮性能由好到差為AL-4、AL-3、AL-1、AL-2。水煮試驗反應(yīng)出鋁背場的濕熱穩(wěn)定性，水煮時鋁背場的化學(xué)反應(yīng)如下：

2Al（s）+6H2O（l）→2Al（OH）3（s）+3H2（g）

用于制作鋁背場的鋁漿是由鋁粉、玻璃粉和有機(jī)載體等組成的，4種鋁漿的不同之處在于玻璃粉不同，玻璃在電池?zé)Y(jié)過程中起助熔和形成牢固鋁膜的作用，因此，4種鋁背場的致密性和鋁膜的氧化程度不同。致密度較差和氧化不夠的鋁膜，水煮時水分子易透過間隙，與鋁顆粒發(fā)生反應(yīng)，產(chǎn)生氣泡，并脫粉，隨后鋁背場表面逐漸形成網(wǎng)帶印?？梢?，電池片在燒結(jié)時，鋁膜表面的氧化程度和致密度等因素對鋁背場的水煮特性有直接的影響，鋁背場耐水煮特性好，說明鋁膜的穩(wěn)定性好。

表2反映出電池片水煮前后電學(xué)性能變化，可以看出AL-1、AL-2、AL-3、AL-4電池片的效率衰減率依次為-0.59%， 1.11%，0.31%和0，基本上和電池片的水煮特性相一致。

2.2 4種多晶硅電池片的冷-熱循環(huán)特性

在冷-熱循環(huán)試驗過程中，4種多晶硅電池片的效率衰減率的變化趨勢如圖1所示（衰減率是相對于老化前的初始效率）。從圖1可看出，在0～40次冷-熱循環(huán)過程中，電池片的效率衰減率明顯增大，而在40次冷-熱循環(huán)后其衰減趨于穩(wěn)定，AL-2和AL-4電池片的冷-熱循環(huán)老化特性較好，AL-3電池片所表現(xiàn)的老化特性最差。試驗前后AL-2與AL-4的電池效率衰減率分別為-10.73%和-10.50%，而AL-1和AL-3樣品的效率衰減率較大，為-12.36%和-12.98%。由此得出4種電池片的熱循環(huán)老化特性由好到差依次為：AL-4、AL-2、AL-1、AL-3，說明電池的冷-熱循環(huán)衰減特性與電池的鋁背場的配方組分有較大關(guān)系，但與背場的水煮特性無直接關(guān)系。

電池片冷-熱循環(huán)老化特性的較大差異，一是由于冷-熱循環(huán)條件作用下，多晶硅片存在較多的晶界與位錯缺陷得以惡化，形成少子復(fù)合中心，捕獲大量的電子與空穴，使該區(qū)域沒有激發(fā)出1150nm的紅外光子，導(dǎo)致CCD相機(jī)無法捕捉到紅外光，EL圖呈現(xiàn)較多黑斑缺陷；另外，由于4種鋁漿制備過程中所引進(jìn)的雜質(zhì)元素含量與種類不同，不同濃度的雜質(zhì)元素形成少子復(fù)合中心，會降低基區(qū)的少子壽命，從而使4種電池片EL圖呈現(xiàn)不同程度的黑斑，表現(xiàn)出不同的冷-熱老化特性。

3 結(jié)語

不同鋁背場材料的電池片水煮特性有所不同，水煮特性較好的電池片表現(xiàn)出較好的濕熱老化特性，但電池片的冷-熱循環(huán)老化特性與其水煮特性無直接關(guān)系，主要與電池的缺陷種類和雜質(zhì)含量有關(guān)。

參考文獻(xiàn)

[1]梁哲，王國峰，朱景兵.晶體硅太陽電池鋁背場附著力測試與分析[C].第十四屆中國光伏大會暨2014中國國際光伏展覽會.西安：西安電子科技大學(xué)出版社，2014：119-124.

[2]付明，程思國，王玥，等.Te-Bi玻璃對晶體硅太陽能電池正銀電極性能的影響[J].無機(jī)材料學(xué)報，2016，31（8）：785-790.