PL光致发光在光伏电池检测中的应用.docx

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PL光致发光在光伏电池检测中的应用

PL光致发光在光伏电池检测中的应用

一、光致发光的概念与用途

光致发光（Photoluminescence,简称PL）是半导体材料的一种发光现象。

是指半导体中的电子吸收外界光子后被激发，处于激发态的电子是不稳定的，可以向较低的能级跃迁，以光辐射的形式释放出能量的过程。

发光的频率、相位、振幅、方向、偏振态等，携带了材料的大量基本信息，是一种探测材料电子结构的非常重要的方法。

另外它与材料无接触，不损坏材料，并且灵敏度高且信息准确，被广泛应用于材料的带隙检测，杂质等级与缺陷分析，及材料的复合机制研究和材料的品质鉴定等各个领域。

二、PL检测在光伏产业中的应用是必然趋势

近年来，光伏产业发展迅猛，特别是中国大陆，太阳能电池投资异常巨大，上千家光伏企业，产能已明显过剩，另外欧美经济危机也极大影响了企业的销售额与发展，合并和淘汰是这个行业必然的趋势。

因此，要想在这个关键的时期立于不败之地，提高产品的效率和降低生产成本就成为了整个行业的目标。

在太阳能电池的生产过程中，会出现许多严重的问题，如杂质、碎片、隐裂、黑心表面污染、扩散不均、电极不良等等，正是这些缺陷限制了电池的光电转化效率和使用寿命。

同时，由于没有完善的行业标准，Si片原材料质量也是参差不齐，一些缺陷片的存在直接影响到组件乃至光伏系统的稳定性。

因此，太阳能行业需要有快速有效和准确的定位检验方法来检验生产环节可能出现的问题。

基于以上国内外行情及生产线上的问题诉求，PL光致发光检测系统在光伏产业中的应用就至关重要，这是由PL可对整个生产线检测及具有极高的检测速度所决定的。

PL能够在线和离线对硅片、绒面、扩散、刻蚀、PECVD、电极印刷、烧结、电池片等各个工艺环节进行检测和分析；是分析工艺问题，提高成品率，降低成本必不可少的关键设备，为产品质量和公司品质提供了完全可靠的保障。

三、光伏电池PL检测的基本原理

PL光致发光为光伏电池缺陷检测提供了不可取代的解决方案。

既然如此重要，那必然要了解一下它的原理。

通常利用特定波长的激光作为激发光源，提供一定能量的光子，样片中处于基态的电子在吸收这些光子后而进入激发态，处于激发态的电子属于亚稳态，在短时间内会回到基态，并发出1150nm（SI电池为例）左右的红外光为波峰的荧光。

利用高灵敏高分辨率的照相机进行感光，然后将图像通过软件进行分析。

发光的强度与本位置的非平衡少数载流子的浓度成正比，而缺陷将是少数载流子的强复合中心，因此该区域的少数载流子浓度变小导致荧光效应减弱，在图像上表现出来就成为暗色的点、线，或一定的区域，而在样片内复合较少的区域则表现为比较亮的区域。

因此，可通过观察光致发光成像，来判断样片是否存在缺陷，杂质等等最终影响电池效率的因素。

图1是PL检测系统的简单示意图，图2是合能阳光公司的对晶体硅PL发光波峰检测的结果，与理论一致，并且信号很强。

图1：

PL光致发光系统简单示意图

图2：

Henergysolar检测发光波峰结果

四、PL系统的分析结果

1．完整的在线检测分析。

PL光致发光检测系统可对电池生产过程中各个工艺进行检测，进行问题的精准分析。

是独一无二的可整体检测的系统，并且可以真正实现在线检测，检测速度非常快，每片检测时间小于1秒。

实例：

Barewafer-Textured-Diffused-PSG-ARC-Cell

图3：

PL检测barewafer结果 

 图4：

PL检测Texturedwafer结果

图5：

PL检测diffusedwafer结果 

图6：

PL检测PSGwafer结果

图7：

PL检测diffusedwafer结果  

                       图8：

PL检测PSGwafer结果

通过PL系统分析，可精确定位到diffusion这一步有问题，diffusion厚度不均，滚轮damage等；后续的工艺乃至最后的电池片结果说明，厚度不均的问题在之后的环节对wafer进行了优化，最后不会明显减低cell效率，而滚轮的damage影响到之后所有的环节，并最终影响到cell效率。

2．少子寿命的分析AnalysisOfMinorityCarrierLifetime

图9：

指定具体位置的少子寿命结果

图10：

整个检测面少子寿命的综合分析

PL系统可以分析整个面及内部指定位置的少子寿命，并可以分析不同寿命的原因。

图11晶锭PL结果为合能阳光独家检测，设备是匈牙利PHYS公司新上市PL光致发光检测系统。

通过这个结果可以很明显的找到去头尾线，为晶锭的品质提供非常快速和精准的检测。

另外，立体检测，可以对样品进行不同角度的分析。

图11：

PL对晶锭的检测

3．I-V曲线分析IVcurveAnalysis

图12：

电池片I-V曲线结果

PL光致发光系统可以对电池进行I-V曲线测试，在需要的情况下，PL的I-V经过标准电池的校准后，可以代替专门市场上的I-V曲线测试仪。

4．EL检测分析ELDetectionAnalysis

图13：

电池片EL结果

图14：

EL正向偏置检测结果                   图15：

EL反向偏置检测结果

PL光致发光的系统中的EL模块，可以清楚检测到电池片中包括隐裂在内的各种缺陷，可以完全取代专门的offlineEL检测设备。

5．PL系统检测结果与其他设备对比

图16、PL结果与Semilab少子对照

合能阳光的PL检测系统不仅可准确计算出少子，并且可通过各种结果来分析少子寿命降低的原因。

这是其他设备无法实现的。

6．黑心片检测

PL检测可以轻易的检测到黑心片，PL的优势是全程检测，检测速度快，为生产节省时间和成本，提高产品品质。

五、总结

合能阳光的PL检测系统能够适用于单晶硅片及电池、多晶硅片及电池、薄膜电池、化合物电池等几乎所用的太阳能电池。

能够检测少子寿命、串联电阻、进行硅片分类、检测各种缺陷、暗条件I-V曲线、光照条件I-V曲线等完整的一系列参数。

检测速度快，时间小于1秒，精度高，能实时找到每个致效率降低的缺陷和原因，真正实现了在线的准确快速检测，是减低生产成本，提高电池品质，产品竞争力革命性增长的必不可少的检测设备。