电致发光
电致发光(Electroluminescence,EL)成像技术已经被很多太阳能电池和组件厂家使用,用于检测产品的潜在缺陷,控制产品质量。通过EL图像的分析可以有效地发现硅片、电池片和组件生产各个环节可能存在的问题,对改进工艺、提高效率和稳定生产都有重要的作用。
EL测试原理
EL是物质在一定的电场作用下被相应的电能所激发而产生的发光现象。
在暗室条件下,给晶体硅太阳能电池外加正向偏压,模拟实际使用中太阳光照射在电池组件上产生的等效直流电流,电源向太阳能电池注入大量非平衡载流子,电致发光依靠从扩散区注入的大量非平衡载流子不断地复合发光,放出光子,再利用CCD相机捕捉这些光子,利用近红外成像系统将太阳电池发射的光成像并发送到计算机软件,经过处理后将太阳电池的EL图像显示在屏幕上。EL图像的亮度正比于电池片的少子扩散长度与电流密度,有缺陷的地方,少子扩散长度较低,所以显示出来的图像较暗。由于本征硅的带隙约为1.12eV,可以计算出晶体硅太阳能电池的带间直接辐射复合的EL峰值应该在1150nm附近,所以EL测试的光属于近红外光。
EL图像分析
1.隐裂
硅太阳能电池在生产以及组件制备过程中,容易产生碎片,肉眼可以观察到的为显裂,肉眼观察不到的为隐裂,可以通过EL图像观察。由于(100)面的单晶硅片的解理面是(111),因此,电池隐裂一般沿硅片对角线方向;而多晶硅片由于存在晶界的影响,有时难区分晶界与隐裂。
2.断栅
电极印刷不良会导致正面银栅线断开,从主栅注入的电流在断栅附近的电流密度较小,使得EL发光强度较弱。
3.烧结缺陷
一般而言,烧结参数没有优化或设备存在问题时,EL图上会显示网纹印。
4.黑心片
直拉单晶硅拉棒系统中的热量传输过程对晶体缺陷的形成与生长起着决定性作用。提高晶体的温度梯度,能提高晶体的生长速率,但过大的热应力会导致硅片内部位错缺陷,EL图为“黑心片” 。
5.漏电问题
漏电电池一般指电性能测试时,Irev2值偏大的片子。下图EL图显示的较粗黑线表明该区域没有探测到光子发射,我们再给电池加反向偏压测试其发热情况,看到与EL对应的区域发热严重,用显微镜观察后分析可知,在电池正面银浆印刷时,由于硅片表面存在划伤,浆料进入裂缝的pn结位置;加12V反向偏压时,直接导致正面pn结烧穿短路,因此,EL测试时该区域为黑色。
6.EL在组件中的应用
组件是由晶体硅太阳能电池通过串联或并联的方式连接起来,因此也可用EL监测组件质量。
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