掺硼p型单晶硅PERC电池的电致复原研究-梁润雄-solarbe文库

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掺硼 p型单晶硅 PERC电池的电致复原研究报告人梁润雄指导老师艾斌 1.中山大学材料科学与工程学院 2.广东省光伏技术重点实验室 *通讯作者 stsabmail.sysu.edu.cn - 2 - 太阳能系统研究所 Institute for Solar Energy systems Hong, 2018/11/13 目录研究背景实验步骤实验结果总结 - 3 - 太阳能系统研究所 Institute for Solar Energy systems Hong, 2018/11/13 一、研究背景 “ 光衰减效应 ”和 “退火效应 ” 1973年， Fischer和 Pschunder 2006年， Herguth等人 B-O缺陷的 “ 三态转变模型 ”     少子注入少子注入加热黑暗条件下退火黑暗条件下退火退火态 A 衰减态 B 复原态 C 2016年， Wenham等人新三态模型 1997年， Schmidt等人 B-O缺陷模型 - 4 - 太阳能系统研究所 Institute for Solar Energy systems Hong, 2018/11/13 二、实验步骤研究目的在不同的加热、注入电流、处理时间条件对电池进行复原处理在 45℃ 、 1sun 条件下进行 12h的光衰本实验使用 VS-6821M 稳态 I-V特性测试仪对电池进行测试对 PERC电池进行 I-V特性参数测试本研究拟针对目前已产业化的单晶 PERC电池 ,采用 “电注入加热 ”的方式对电池进行复原处理 ,随后将其置于 1000w/m2、 45℃条件下对其进行光衰处理以验证不同复原处理条件下其抗光衰性能的变化．每隔一定时间取出进行 I-V 特性参数测试本实验使用电阻率为 1Ω·cm 左右、尺寸为 156mm*156mm的倒角方形掺硼 Cz-Si片制成 PERC电池 - 5 - 太阳能系统研究所 Institute for Solar Energy systems Hong, 2018/11/13 三、实验结果 3.1 不同处理时间对复原效果的影响（ 200℃ 、 10A） -3 -2 -1 0 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 0.9 1 0.9 2 0.9 3 0.9 4 0.9 5 0.9 6 0.9 7 0.9 8 0.9 9 1.0 0 1.0 1 1.0 2 Eff t /Eff t 0 time h 0m in 2m in 5m in 10m in 20m in 30m in 复原处理后（ 200 ℃、 10A ）光衰处理 1su n 、 45 ℃ 复原处理前（ a ） -1.0 0 0.0 0 1.0 0 2.0 0 3.0 0 4.0 0 5.0 0 6.0 0 7.0 0 8.0 0 9.0 0  t12 h /  t0  t0 /  tinitia l 12 h 光衰前后的效率衰减率复原处理前后效率衰减率 -2.0 0 -1.0 0 0.0 0 1.0 0 2.0 0 3.0 0 4.0 0 5.0 0 6.0 0 7.0 0 8.0 0 9.0 0 复原处理时间无处理 2min 5min 10 min 20min 30 min 图 1 PERC电池经 10A、 30min、不同温度（ 160、 180、 200、 220、 240 、 260℃ ）电注入复原处理前后及随后的 12小时光衰过程中效率相对于初始效率随光照时间的变化图 2 PERC电池在 10A、 30min电注入复原处理前后和 12小时光衰前后相对效率随复原处理温度变化的柱形图 1.PERC电池在电注入复原处理后，电池效率有一定程度的衰减，其衰减率与处理时间呈负相关的关系，当处理时间大于 20min时，还可能转变为增益。 2.在不同时间的复原处理后，各电池虽有一定程度的衰减，但在光衰阶段均表现出一定的抗光衰性能（与对照组相比），其抗光衰性能与复原处理时间呈正相关关系。 3.可以用 Wenham等人 2016年提出的 B-O缺陷的“新三态模型”对以上结果给予解释 .     少子注入少子注入加热黑暗条件下退火黑暗条件下退火退火态 A 衰减态 B 复原态 C - 6 - 太阳能系统研究所 Institute for Solar Energy systems Hong, 2018/11/13 -3 -2 -1 0 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 0.9 6 0.9 7 0.9 8 0.9 9 1.0 0 1.0 1 I sct /I sct 0 time h 0min 2min 5min 10min 20min 30min 复原处理后（ 200 ℃、 10A ）光衰处理 1su n 、 45 ℃ 复原处理前（ b ） -3 -2 -1 0 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 0.9 6 0.9 7 0.9 8 0.9 9 1.0 0 1.0 1 Voc/V oct 0 time h 0min 2min 5min 10min 20min 30min 复原处理后（ 200 ℃、 10A ）光衰处理 1su n 、 45 ℃ 复原处理前（ c ） -3 -2 -1 0 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 0.9 8 0.9 9 1.0 0 1.0 1 FF t /F F t 0 time h 0m in 2m in 5m in 10 min 20 min 30 min 复原处理后（ 200 ℃、 10A ）光衰处理 1su n 、 45 ℃ 复原处理前（ d ）图 3 不同复原处理时间（ 030min）后光衰条件下 PERC电池 I-V参数（相对值）随光照时间的变化（ a） Efft/Efft0；（ b） ISCt/ISCt0；（ c） VOCt/VOCt0；（ d） FFt/FFt0 在光衰阶段， Isc有波动上升的趋势， Voc的则趋于稳定。 FF则均表现出衰减趋势。 - 7 - 太阳能系统研究所 Institute for Solar Energy systems Hong, 2018/11/13 3.2加热温度对复原效果的影响（ 30min、 10A） -3 -2 -1 0 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 0.9 2 0.9 3 0.9 4 0.9 5 0.9 6 0.9 7 0.9 8 0.9 9 1.0 0 1.0 1 Eff t /Eff t 0 time h 无处理 180 ℃ 200 ℃ 220 ℃ 240 ℃ 260 ℃ 280 ℃ 复原处理后（ 30 min 、 10A ）光衰处理 1su n 、 45 ℃ 复原处理前（ a ） -1.0 0 0.0 0 1.0 0 2.0 0 3.0 0 4.0 0 5.0 0 6.0 0 7.0 0 8.0 0 9.0 0  t 1 2h /  t 0  t 0 /  t i ni t i al 光衰 12h 后的效率衰减量复原处理前后效率衰减量 -0.0 2 -0.0 1 0.0 0 0.0 1 0.0 2 0.0 3 0.0 4 0.0 5 0.0 6 0.0 7 0.0 8 0.0 9 复原处理温度 / ℃ 无处理 18 0 20 0 22 0 2 40 26 0 2 80 图 5 PERC电池在 10A、 30min电注入复原处理前后和 12小时光衰前后相对效率随复原处理温度变化的柱形图图 4 PERC电池经 10A、 30min、不同温度（ 160、 180、 200、 220、 240、 260℃）电注入复原处理前后及随后的 12小时光衰过程中效率相对于初始效率随光照时间的变化 1.复原处理温度在 180280℃之间（除 200、 280℃ 外），复原处理后电池的 η相对于复原处理前的初始效率都有增益，且随着处理温度的升高增益有衰减的趋势。 2.由图 5的柱状图可以看出，在光衰阶段，各 PERC电池的效率均有一定的衰减，其相对衰减量的最小值出现在 200℃ 。 3.不同温度处理下，缺陷内各反应速率的差异及各 B-O缺陷态含量的不同导致不同的宏观表现（衰减 /复原）。 Wenham的“新三态模型” - 8 - 太阳能系统研究所 Institute for Solar Energy systems Hong, 2018/11/13 -3 -2 -1 0 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 0.9 5 0.9 6 0.9 7 0.9 8 0.9 9 1.0 0 1.0 1 I sct /I sct 0 time h 无处理 180 ℃ 200 ℃ 220 ℃ 240 ℃ 260 ℃ 280 ℃ 复原处理后（ 30 min 、 10A ）光衰处理 1su n 、 45 ℃ 复原处理前（ b ） -3 -2 -1 0 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 0.9 5 0.9 6 0.9 7 0.9 8 0.9 9 1.0 0 1.0 1 V oct /V oct 0 time h 无处理 180 ℃ 200 ℃ 220 ℃ 240 ℃ 260 ℃ 280 ℃ 复原处理后（ 30 min 、 10A ）光衰处理 1su n 、 45 ℃ 复原处理前（ c ） -3 -2 -1 0 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 0.9 8 0.9 9 1.0 0 1.0 1 FF t /F F t 0 time h 无处理 180 ℃ 200 ℃ 220 ℃ 240 ℃ 260 ℃ 280 ℃ 复原处理后（ 30 min 、 10A ）光衰处理 1su n 、 45 ℃ 复原处理前（ d ）图 6 不同温度（ 180280℃ ）的复原处理后光衰条件下 PERC电池 I-V参数（相对值）随光照时间的变化（ a） Efft/Efft0；（ b） ISCt/ISCt0；（ c） VOCt/VOCt0；（ d） FFt/FFt0 Isc、 Voc的变化趋势与 Eff基本一致。 FF则均表现出较明显的衰减趋势且与温度无明显相关关系。 - 9 - 太阳能系统研究所 Institute for Solar Energy systems Hong, 2018/11/13 3.3注入电流大小对复原效果的影响（ 30min、 180℃ ） -3 -2 -1 0 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 0.9 2 0.9 3 0.9 4 0.9 5 0.9 6 0.9 7 0.9 8 0.9 9 1.0 0 1.0 1 1.0 2 Eff t /Eff t 0 time h 无处理 6A 8A 10A 12A 14A 16A 18 A 复原处理后 30 min 、 180 ℃ 光衰处理 1su n 、 45 ℃ 复原处理前（ a ） -3 -2 -1 0 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 0.9 5 0.9 6 0.9 7 0.9 8 0.9 9 1.0 0 1.0 1 I sct /I sct 0 time h 无处理 6A 8A 10A 12A 14A 16A 18 A 复原处理后 30 min 、 180 ℃ 光衰处理 1su n 、 45 ℃ 复原处理前（ b ） -3 -2 -1 0 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 0.9 5 0.9 6 0.9 7 0.9 8 0.9 9 1.0 0 1.0 1 V oct /V oct 0 time h 无处理 6A 8A 10A 12A 14A 16A 18 A 复原处理后 30 min 、 180 ℃ 光衰处理 1su n 、 45 ℃ 复原处理前（ c ） -3 -2 -1 0 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 0.9 8 0.9 9 1.0 0 1.0 1 FF t /F F t 0 time h 无处理 6A 8A 10A 12A 14A 16A 18 A 复原处理后 30 min 、 180 ℃ 光衰处理 1su n 、 45 ℃ 复原处理前（ d ）图 7 不同电流（ 618A）的复原处理后光衰条件下 PERC电池 I-V参数（相对值）随光照时间的变化（ a） Efft/Efft0；（ b） ISCt/ISCt0；（ c） VOCt/VOCt0；（ d） FFt/FFt0 在 30min、 180℃ 条件下，注入电流 6A-18A， PERC电池均表现出较好的复原效果及抗光衰性能。由此可知 6A （或更低）的电流已经完全足够．但提高电流是否可以缩短复原处理时间 ,仍需进一步实验证明． - 10 - 太阳能系统研究所 Institute for Solar Energy systems Hong, 2018/11/13 四、总结 PERC在 180℃ 、最小 6A电流下处理 30分钟可得到良好的抗光衰性能，但最佳复原工艺仍需进一步实验。在处理温度为 200℃、注入电流为 10A的条件下，当复原处理时间 ≤10min时，电注入复原处理后的电池的 η、 Isc和 Voc相对于复原处理前的初始值均有明显的衰减 , 但在随后的 12小时光衰过程中其抗光衰性能优于未复原处理的电池，且随着复原处理时间的增加其抗光衰性能有所增强 . 在注入电流为 10A、处理时间为 30min的条件下， 200℃复原处理的电池的 Isc， Voc和 η相对于光衰前的初始值的衰减率最低（实际上对应于最大增益） . 在 180℃、 30min的条件下 ,6A的注入电流足以获得较好的复原效果 . - 11 - 太阳能系统研究所 Institute for Solar Energy Systems 2018/11/13 Thanks You