[发明专利]一种利用强光辐照降低P型晶体硅太阳能电池及其组件光致衰减的方法

说明书

技术领域

本发明属于光伏技术领域，具体涉及一种能有效降低P型晶体硅太阳能电池及其组件光致衰减的方法。

背景技术

光伏技术是一门利用大面积的p-n结二极管将太阳能转化为电能的技术。这个p-n结二极管叫做太阳能电池。制作太阳能电池的半导体材料都具有一定的禁带宽度，当太阳能电池受到太阳辐射时，能量超过禁带宽度的光子在太阳电池中产生电子空穴对，p-n结将电子空穴对分离，p-n结的非对称性决定了不同类型的光生载流子的流动方向，通过外部电路连接可以向外输出功率。这跟普通的电化学电池原理类似。

目前工业化生产的晶体硅太阳能电池绝大多数都是由掺硼P型硅片制成。这里所说的掺硼P型硅片包括掺硼单晶硅，掺硼多晶硅和掺硼类单晶硅。由掺硼P型硅片制成的太阳能电池均会遇到所谓的光致衰减(LID)的问题：即太阳能电池的工作性能在光照后会有所降低，通常表现为在输出功率上在几个小时之内就有几个百分点的衰减(标准的测量方法是在一个太阳辐照能量强度(AM1.5G，1000W/m²)条件下照射5个小时)。虽然至今为止对此问题还没有一个完美的物理解释，但学术界与工业界的一般共识均认为P型硅片制成的太阳能电池的光致衰减来源于光照后硅基体中形成的硼氧复合体。其中硅片里的氧是在晶体生长的过程中引入的。这种硼氧复合体在硅片中的形成并成为光生载流子复合中心，从而引起少数载流子在硅片中的寿命减短，导致太阳能电池能量转化效率的降低。

长期以来人们对掺硼P型硅片制成的太阳能电池的光致衰减的研究发现，晶体硅片里光照后形成的硼氧复合体是处于一种亚稳态形式，在一定的温度范围内(200～250℃)退火后硼氧复合体的浓度可以大幅度降低，使光致衰减得以降低和修复[J.Schmidt&A.Cuevas,Electronic Properties of Light-Induced Recombination Centers in Boron-doped Czochralski Silicon,Appl.Phys.Lett.86,3175(1999)]。但这种处理所得到的光致衰减的降低和修复只是暂时的，电池片在光照后光致衰减的现象又会恢复。

工业化生产的晶体硅组件会遇到光致衰减的问题，通常认为光致衰减源于光照后硅基体中的形成的硼氧复合体。硼氧复合体作为缺陷中心降低了晶硅晶体硅组件的体寿命从而导致了电池光电转化效率的降低。

避免或降低晶体硅组件光致衰减的方法一般有以下几种：

(1)磁场直拉法(MCZ法)和区熔单晶法(FZ法)工艺直拉单晶减少硅基体中的氧含量；

(2)降低硅片中的硼含量，即提高P型硅片基体电阻率；

(3)采用镓或磷作为硅基体掺杂剂取代硼。

第一种方法由于生产成本比较高，不适合大规模量产；第二种方法会影响电池的电性能；第三种方法由于镓和磷的分凝系数较低，电阻率难以控制，影响了硅片的良率，也不适合大规模应用。

发明内容

本发明的目的在于提供一种利用强光辐照降低P型晶体硅太阳能电池及其组件光致衰减的方法，该方法通过将掺硼P型晶体硅太阳能电池在强光照射下，使亚稳态硼氧复合体分离形成稳定的硼和氧再生态，从而可大幅度降低P型晶体硅太阳能电池及其组件的光致衰减。

本发明的上述目的是通过以下技术方案来实现的：一种利用强光辐照降低P型晶体硅太阳能电池及其组件光致衰减的方法，对P型晶体硅太阳能电池成品或半成品，或在开路状态下的P型晶体硅太阳能电池组件成品或半成品，用辐射强度为2～20kW/m²的强光照射至少30秒。

本发明通过将P型晶体硅太阳能电池成品或半成品，或者电池组件或电池组件的半成品在开路的状态下用强光照射一段时间，通过强光大幅度照射，可以在P型晶体硅体内产生大量的光生载流子，同时对电池自身加热，加速硼和氧的再生态的形成，从而抑制和降低P型晶体硅太阳能电池的光致衰减。

对于P型晶体硅太阳能电池半成品，比如可以在P型硅片扩散时，丝网印刷扩散时等步骤，通过对现有设备进行改进，增加强光照射部件，从而实现大幅度降低P型晶体硅太阳能电池的光致衰减。

对于P型晶体硅太阳能电池组件半成品，比如可以在层压过程中，对层压设备进行改进，增加强光照射部件，从而实现大幅度降低P型晶体硅太阳能电池组件的光致衰减。