1.0緒論

近年來，單晶硅片供應商為了利益最大化，奉行只要單晶不掉苞就是好工藝。無位錯拉晶工藝要求籽晶用無位錯拉晶切割，在拉晶過程中下種引頸長度要大于一個晶錠直徑才能把位錯排凈，方可放肩。而現(xiàn)在引頸長度120-140mm完全低于6吋直徑150mm單晶。另外，單晶收尾時鍋底料要保證是投料量的10%左右，現(xiàn)在單晶供應商恨不得把坩堝內(nèi)料全部拉完提盡。殊不知想多提走一點鍋內(nèi)料時，已造成坩堝內(nèi)熔體過冷，一旦材料過冷必然掉苞。看起來完整收尾，實際早已掉苞，這樣上返一個直徑的單晶已是位錯片。供應商把這些位錯片完全輕而易舉轉(zhuǎn)嫁給用戶。

2.0黑斑片

電致發(fā)光EL（Electroluminescence）照片中黑心片和黑斑片是反映在通電情況下該部分沒有發(fā)出1150nm的紅外光，故紅外相片中反映出黑心和黑斑。發(fā)光現(xiàn)象和硅襯底少數(shù)載流子濃度有關(guān)。

圖1黑芯片(左)與黑斑片(右)

組件電性能測試如下圖所示。由圖可見，組件短路電流Isc（4.588A）和最大功率Pmax（143.028W）明顯偏低；此類正常組件短路電流Isc一般為5.2A，最大功率Pmax一般為175W以上。說明組件中存在著大量低效率電池片，導致組件功率的嚴重下降。

圖2組件電性能和EL測試

對電池片進行電致發(fā)光EL測試，如下圖3和4所示。其黑心和黑斑現(xiàn)象如組件EL測試所見。

圖3 樣片1EL 測試 圖4 樣片2EL 測試

光照條件電池電性能測試如表1 所示。

表1 光照條件電池電性能測試

兩片電池效率分別為11.06%和13.99%，Isc 分別為4.73A 和4.62A，均明顯偏低；而此類正常電池片效率一般為17.5%左右，Isc 為5.3A 左右。

電池光誘導電流密度（LBIC Current）測試如圖5 和6 所示。

圖5 樣片1 LBIC Current 測試 圖6 樣片2 LBIC Current 測試

然后，電池經(jīng)過去SiN 膜、去正反電極、去鋁背場和n 型層，再經(jīng)碘酒鈍化后，硅片少子壽命測試如圖7 和8 所示。

圖7 樣片1 少子壽命測試 圖8 樣片2 少子壽命測試

硅片少子壽命測試與電池光誘導電流密度（LBIC Current）測試和電池EL 測試具有很好的對應關(guān)系，說明造成電池效率低的原因為硅片本身內(nèi)部缺陷所致，與電池工藝沒有直接關(guān)系。

對硅片進行化學拋光和Wright 液腐蝕，樣片2 呈現(xiàn)出明顯的與EL 測試、電流密度（LBIC Current）測試和少子壽命測試相對應的圖案形貌，如圖9 所示。

圖9 樣片2 經(jīng)化學腐蝕后圖案形貌

樣片1 的光學顯微觀察如圖10 和11 所示，局部區(qū)域具有很高的位錯密度達10E5~10E6 左右。樣片2 的光學顯微觀察如圖12 和13 所示，在如圖9 所示的中心圓形圖案形貌內(nèi)，其位錯密度均高達10E6~10E7 左右。黑斑邊緣區(qū)域位錯密度>106 個/cm2 均為無位錯單晶要求1000～10000 倍，這是相當大的位錯密度。

最后，對圖9中，樣片2所示的黑心內(nèi)外做SIMS測試，測試結(jié)果如表2所示。SIMS測試結(jié)果顯示，黑心內(nèi)外各種雜質(zhì)含量正常。

表2樣片2 SIMS測試

3.0出現(xiàn)黑芯或黑斑的原因

引起電池片出現(xiàn)黑芯或黑斑的原因大體有兩個：一個為雜質(zhì)離子含量過高，另一個為硅片本身存在缺陷，即位錯。

位錯又可稱為差排（英語：dislocation），在材料科學中，指晶體材料的一種內(nèi)部微觀缺陷，即原子的局部不規(guī)則排列（晶體學缺陷）。從幾何角度看，位錯屬于一種線缺陷，可視為晶體中已滑移部分與未滑移部分的分界線，其存在對材料的物理性能，尤其是力學性能，具有極大的影響。

如果硅片中存在著極高的位錯密度，成為少數(shù)載流子的強復合中心，使得少子壽命短，最終導致電池性能的嚴重下降。

綜上所述，黑芯片會使組件功率降低，熱斑效應嚴重，組件壽命大大降低。（作者微信公眾賬號：光伏經(jīng)驗網(wǎng)）