项目五太阳电池的检测

1、会计学1项目五太阳电池的检测项目五太阳电池的检测1.掌握电池片的主要性能参数的检测技能2.能根据检测的性能参数判断大概是那个工序点出现质量问题，并及时处理3.能够根据检测的结果提出性能改进的工艺或措施知识目标：知识目标：1.掌握基本性能参数的概念2.掌握影响太阳电池性能的因素3.掌握检测设备的操作流程技能目标：技能目标：1. 了解（微）小电阻测量的原理，了解四探针微电阻测量的特点，掌握（微）小电阻测量方法。2.能够对太阳电池片方块电阻的检测。3. 了解太阳电池片方块电阻的大小对太阳电池。4. 训练实验设计能力和实验操作水平。任务目的任务目的: 目前生产中，测量扩散层薄层电阻广泛采用四探针法。测

2、量装置示意图如图所示。图中直线陈列四根金属探针（一般用钨丝腐蚀而成）排列在彼此相距为S一直线上，并且要求探针同时与样品表面接触良好，外面一对探针用来通电流、当有电流注入时，样品内部各点将产生电位，里面一对探针用来测量2、3点间的电位差。 一、方块电阻的定义一、方块电阻的定义 扩散层的薄层电阻也称方块电阻，常分别用，就是表面为正方形的半导体薄层在电流方向（电流方向平行于正方形的边）所呈现的电阻。二、探针检测电组的原理二、探针检测电组的原理知识应用知识应用四探针的原理见图1。前端精磨成针尖状的1、2、3、4 号金属细棒中，1、4号和高精度的直流稳流电源相联，2、3 号与高精度（精确到0.1V）数字

3、电压表或电位差计相联。四根探针有两种排列方式，一是四根针排列成一条直线（图1a），探针间可以是等距离也可是非等距离；二是四根探针呈正方形或矩形排列（图1b）。对于大块状或板状试样（尺寸远大于探针间距），两种探针排布方式都可以使用；而于细条状或细棒状试样，使用第二种方式更为有利。当稳流源通过1、4 探针提供给试样一个稳定的电流时，在2、3 探针上测得一个电压值V23。本实验采用第一种探针排布（图1a）形式，其等效电路图见图2。当被测电阻很小（例如小于1），而电压表内阻很大时（本实验使用hp34410A型数字电压表其内阻大于10M），R5、R6、R7、R8 和R0 对实验结果的影响在有效数字以外，

4、测量结果足够精确。1. 用KDY-1A测量方块电阻时，计算公式为：R=V/IF(S/D)F(W/S)FSP由于扩散层、导电薄膜很薄F(W/S)=1，所以只要选取电流I= F(S/D)FSP.电压表本身已经做了小数点移位，在1mA档时，电流可选45.3，在10mA档时，电流可选4.53， 选择在R位置，从KDY-1A电压表上即可直接读出方块电阻R。R/二、方块电组的计算公式二、方块电组的计算公式2.考虑一块长为l、宽为a、厚为t的薄层如右图。如果该薄层材料的电阻率为，则该整个薄层的电阻为)(altatlR当l=a（即为一个方块）时，R= /t。可见，（/t）代表一个方块的电阻，故称为方块电阻，特

5、记为R= /t (/)三、方块电阻检测的步骤三、方块电阻检测的步骤1. 在背板上电源插座插好电源线、四探针头连接线，检查保险丝管有无松动。2. 打开背板上的电源开关（将I按下）此时面板上的数字表及各控制开关上均有指示灯点亮。3. 从左向右，察看控制开关，先将电流换档开关置于“1mA”,在测硅片、硅块时 置于“ ”，在测方块电阻 置于“R”，校准/测量档选在“校准”。 R/R/4. 将四探针头压在样品上，此时数字表上显示的是测量电流；5. 电流的选择方块电阻10/时选用1mA 档测量，方块电阻10/时选用10mA档测量。6. 测量薄层方块电阻时，只要将 档按到R灯亮，调节电流至453即可方便地读

6、出R值。R/四、方块电阻的大小对电性能的影响分析四、方块电阻的大小对电性能的影响分析1. 不同方块电阻对电池片开路电压的影响不同方块电阻对电池片开路电压的影响图图1图1为两种不同方块电阻的电池片的开路电压曲线。Uoc1和Uoc2分别对应方块电阻为R1和R2的电池片。从图1可以看出，方块电阻为5055时电池片的开路电压比方块电阻为4045时大。具体原因将在后文中有所涉及。2. 不同方块电阻对电池片短路电流的影响不同方块电阻对电池片短路电流的影响图图2 2图2为两种不同方块电阻的电池片的短路电流曲线。Isc1和Isc2分别对应方块电阻为R1和R2的电池片 从图1可以看出，方块电阻为5055时电池片

7、的短路电流比方块电阻为4045时大。具体原因将在后文中有所涉及。3. 不同方块电阻对电池片串联电阻的影响不同方块电阻对电池片串联电阻的影响图图3图3为两种不同方块电阻的电池片的串联电阻曲线。RS1和RS2分别对应方块电阻为R1和R2的电池片。从图3可以看出，方块电阻大时，电池片总的串联电阻也随之增大。4. 不同方块电阻对电池片并联电阻的影响不同方块电阻对电池片并联电阻的影响图图4图4为两种不同方块电阻的电池片的并联电阻曲线。RS1和RS2分别对应方块电阻为R1和R2的电池片。 从图4可以看出，方块电阻增大时，电池片的并联电阻将会稍微减小。5. 不同方块电阻对电池片填充因子的影响不同方块电阻对电

8、池片填充因子的影响图图5图5为两种不同方块电阻的电池片的填充因子曲线。RS1和RS2分别对应方块电阻为R1和R2的电池片。从图5可以看出，方块电阻大时，填充因子数值会稍有下降。而由上文可知，方块电阻大时，Isc和Uoc增大，FF减小，方块电阻减小时，Isc 和Uoc减小，FF增大，所以，针对同一材料，可以调出一个最优的方块电阻值，得到最恰当的转化效率。 1. 扩散方块电阻控制在47-52/之间。同一炉扩散方块电阻不均匀度20%，同一硅片扩散方块电阻不均匀度10%。表面无明显因偏磷酸滴落或其他原因引起的污染。1. 突然一炉整体方阻偏大（波动大于5） 对策：检查磷源是否充足；检查管路是否漏气；检查

9、流量器是否正常。2. 突然一炉炉口方阻整体偏大 对策：观察炉口密封是否正常。3. 突然一炉炉口方阻整体偏小（波动大于5） 对策：检查流量器是否正常，设定稳定是否漂移。五、方块电阻的检验标准五、方块电阻的检验标准六、常见异常的处理办法六、常见异常的处理办法任务目的任务目的: 掌握利用寿命测试仪对太阳电池的少子寿命值进行检测，通过少子寿命的检测，可以推断电池片的相关性能参数的情况，以便在太阳电池制造工艺过程中进行工艺调整和改进。 知识应用知识应用:一、少子及少子寿命的含义一、少子及少子寿命的含义1. 少子的含义：在N型或者P型半导体在一般平衡情况下只有少数载流子空穴或者电子，但当外部环境的改变（如

10、光照）的条件下，有可能增加半导体中少数载流子的数目，这些多余出来的少数载流子（非平衡载流子）成为少子。etnp)(或eFtovvFe11. 分别接好示波器及少子寿命测试仪的电源线，联接寿命仪至示波器第2通道间的信号线。在寿命仪高频电极上各点上一小滴自来水，将测试样块放在两个电极上。2. 打开示波器电源开关，将示波器同步选择在“自动”，稍后示波屏上会出现一条亮线，示波器面板上的开关，旋钮较多，学员首先学会使用同步选择、同步调节、扫描速度、Y轴增盖等开关。3. 打开寿命仪的电源开关。面板上的两个数字表均会有数字显示，打开光源开关，再旋转角度的增加光强指示表的数字会不断增大，一般情况下，只要示波器显

11、示出比较清晰、稳定的曲线就不要再增加光强（除非是做光强与寿命测量值关系实验）。寿命仪的开关顺序是：开：电源光源开关光强调节关：光强调节光源开关电源开关4. 寿命仪光强调节开关打开后，示波器上会出现指数衰减曲线，如果曲线不移动，可将示波器上的同步选择开关，从“自动”改为“正常”并仔细调节同步旋钮直至波形稳定。etovve1广州市昆德科技有限公司生产的LT-1系列寿命测试仪备有一张按国际标准和国家统一规定的y=6exp(-x/2.5)透明曲线图，此图贴在示波屏上即可方便地读取寿命值。SDs/cmsmscmmscm28028. 0/1 . 08 . 2单波长椭偏仪单波长椭偏仪1. 打开半导体激光器电

12、源开关。 2. 打开计算机进入Windows 98 操作系统。 3. 放上样品。注意不要触碰待测样品表面，以免影响测量结果。 4. 检查椭圆偏振光谱仪各部件的连接。连接妥当后打开光谱仪电源。5. 启动软件Ellip，进入操作界面。 6. 调整样品平面 7. 点击“Start”开始测量。 8. 获得结果，点击“Save”保存（文件名可为Si02-60.dat）。 9. 如要多次测量，点击“restart”，弹出对话框询问是否保存上次测得结果。 10. 保存完毕或不保存后，可开始继续测量。 任务四任务四 电性能参数的检测电性能参数的检测任务分析任务分析: 太阳电池是将太阳能转变成电能的半导体器件，

13、从应用和研究的角度来考虑，其光电转换效率、输出伏安特性曲线及参数是必须测量的，而这种测量必须在规定的标准太阳光下进行才有参考意义。如果测试光源的特性和太阳光相差很远，则测得的数据不能代表它在太阳光下使用时的真实情况，甚至也无法换算到真实的情况，考虑到太阳光本身随时间、地点而变化，因此必须规定一种标准阳光条件，才能使测量结果既能彼此进行相对比较，又能根据标准阳光下的测试数据估算出实际应用时太阳电池的性能参数。主要电性能参数如下：主要电性能参数如下：Isc、VocImp 、Vmp、PmaxRs、RshFF、EFF1. 相关概念相关概念AM0地球大气层外的太阳辐射AM1穿过1个大气层的太阳辐射（太阳

14、入射角为0）AM1.5太阳入射角约为48的太阳辐射大气质量太阳光线通过大气层的路程对到达地球表面的太阳辐射的影响二、太阳电池测试的标准条件及测试原理图二、太阳电池测试的标准条件及测试原理图2. 地面用太阳电池测试标准条件地面用太阳电池测试标准条件（STC）：）： （1）大气质量为AM1.5时的太阳光谱分布 （2）太阳辐照强度为1000 W/m2 （3）温度为25 1 注：在注：在STC条件下测试的电池功率叫条件下测试的电池功率叫“峰瓦峰瓦数数”。3.太阳电池测试电路原理图太阳电池测试电路原理图通过模拟太阳灯光照射到电池片表面测试太阳电池的电性能参数通过模拟太阳灯光照射到电池片表面测试太阳电池的

15、电性能参数三、电池电性能测试三、电池电性能测试I-V曲线曲线四、太阳电池电性能参数的分析四、太阳电池电性能参数的分析1短路电流（短路电流（Isc）指在某特定温度和辐射度条件下，光伏发电器在短路状态下的输出电流，理想情况下，等于光生电流IL125太阳电池太阳电池 5A左右156太阳电池太阳电池 8A左右影响因素：影响因素：面积、光强、温度短路电流对温度变化的敏感度不大2开路电压（开路电压（Voc）指在某特定的温度和辐射度下，光伏发电器在无负载（开路）状态下的端电压晶体硅太阳电池晶体硅太阳电池 600mV左右影响因素：影响因素：光强、温度、材料特性开路电压会随温度显著变化， 一般温度每升高1，Vo

16、c下降 约0.4%。特别对组件来讲，不可忽视这一因素对组件功率的影响。3. 最大输出功率（最大输出功率（Pmax） 在I-V曲线上电流和电压乘积为最大的点所表示的功率。4. 最佳工作电压（最佳工作电压（Vmp） 最大输出功率对应的电压。5. 最佳工作电流（最佳工作电流（mp） 最大输出功率对应的电流。6. 串联电阻（串联电阻（Rs）正面电极金属栅线电阻rmf正面金属半导体接触电阻rc1正面扩散层电阻rt基区体电阻rb背面金属半导体接触电阻rc2背面电极金属栅线电阻rmbrc1 ,rc2与烧结工艺有关，（与烧结工艺有关，（105到几十欧姆之间）串联电阻到几十欧姆之间）串联电阻Rs越小越好越小越好

17、指太阳能电池内部的、跨连在电池两端的等效电阻。 并联电阻小可能由于： 边缘漏电（刻蚀未完全、印刷漏浆） 体内杂质和微观缺陷 PN结局部短路（扩散结过浅、制绒角锥体颗粒过大）并联电阻并联电阻Rsh越大越好越大越好指最大输出功率与开路电压和短路电流乘积之比，体现电池的输出功率随负载的变动特性，或体现了带负载的能力。7. 并联电阻并联电阻(Rsh)8填充因子（填充因子（FF）影响因素：影响因素：串联电阻、并联电阻，入射光谱光强度、短路电流、开路电压。考虑了串联电阻和并联电阻后考虑了串联电阻和并联电阻后,填充因子表示为填充因子表示为其中，FF0为不考虑串联电阻和并联电阻时的填充因子。 rs和rsh分别

18、表示归一化的串联电阻和并联电阻,rs=Rs/Rch、rsh=Rsh/Rch,其中Rch=Voc/(JscA(1-K)填充因子填充因子FF越大越好，但要注意开路电压（越大越好，但要注意开路电压（Voc）、短路电流（）、短路电流（Isc）大的电池不一定它的填充因子大的电池不一定它的填充因子FF就大。就大。9. 转换效率转换效率EFF（） 式中式中At包括栅线图形面积在内的太阳能电池的总面积包括栅线图形面积在内的太阳能电池的总面积 （ 单位面积的入射光功率）单位面积的入射光功率）指输出功率与入射光功率之比为转换效率五、温度对太阳电池的性能影响五、温度对太阳电池的性能影响曲线曲线125曲线曲线235

19、1. 短路电流对温度变化的敏感度 不大。2.开路电压会随温度显著变化， 一般温度每升高1，Voc下降 约0.4%。3.填充因子FF因Voc的关系，也会随着温度的上升而减小。4.输出功率和效率随温度升高而下降。对硅而言，温度高1 ，输出功率减少0.4%0.5%六、光强对电池的影响六、光强对电池的影响sc、Voc 均随着光强的减小而降低；均随着光强的减小而降低；其中其中sc变化尤为显著变化尤为显著一、晶体硅太阳能电池的结构一、晶体硅太阳能电池的结构负电极主栅线负电极主栅线 细（副）栅线细（副）栅线 减反射膜减反射膜正电极主栅线正电极主栅线铝浆铝浆 1.颜色色差颜色色差2.绒面色斑绒面色斑3.亮斑亮

20、斑4.裂纹、裂痕及针孔裂纹、裂痕及针孔5.弯曲度弯曲度6.崩边、缺口、掉角崩边、缺口、掉角7.印刷偏移印刷偏移8.TTV（平整度）（平整度）9.铝珠、铝苞铝珠、铝苞10.印刷图形印刷图形11.漏浆漏浆12.外形尺寸外形尺寸二、常见缺陷的检查项目二、常见缺陷的检查项目三、具体检查项目的分析与判断三、具体检查项目的分析与判断印刷图形前印刷图形前单晶色差对比单晶色差对比多晶色差对比多晶色差对比水痕印水痕印 脏污脏污C级色斑级色斑B级发白色斑级发白色斑未镀膜未镀膜级淡蓝色斑级淡蓝色斑新的标准新的标准:与旧的标准相同与旧的标准相同.厚度厚度A级级B级级C级级缺陷缺陷/报废片报废片300umSTF1031

21、.01.0STF1031.51.5STF1032.0STF1253.5STF1503.5STF156无无STF1251.251.25STF1252.0STF1501.51.5STF1503.5STF1561.51.5STF1563.5270厚度厚度300umSTF1031.01.0STF1031.5STF1251.51.5STF1252.0STF1502.02.0STF1503.5STF1562.02.0STF1563.5240厚度厚度270umSTF1031.51.5STF1032.02.0STF1032.5STF1254.0STF1504.0STF156STF1251.751.75STF1

22、252.5STF1502.52.5STF1504.0STF1562.52.5STF1564.0240umSTF1031.51.5STF1032.0STF1252.02.0STF1252.5STF1502.52.5STF1504.0STF1562.52.5STF1564.0需切角需切角（6）崩边、缺口、掉角及图片示例）崩边、缺口、掉角及图片示例铝苞铝苞铝珠铝珠（10）印刷图形及图片示例）印刷图形及图片示例 副栅线副栅线:背电极背电极:背电场背电场:背电极背电极背电场背电场完全未印刷背电场完全未印刷背电场背电场已印刷背电场已印刷粗点粗点:印刷图形示例印刷图形示例粗点粗点STF正面叠片正面叠片背面叠片背面叠片漏漏 浆浆侧面漏浆侧面漏浆四、用分选仪测试对电池片进行分选检测四、用分选仪测试对电池片进行分选检测五、测试分选安全注意事项五、测试分选安全注意事项1.及时清理行走臂的碎片,防止堵塞电机或产生新的碎片2.出现报警时应首先查看报警信息显示,然后采取相应措施3.机器自动运行时不要打开或调用需手动状态下运行的软件功能（如摄像校正，输入输出显示控制等），否则会造成死机4.严禁在机器运行时从运动的部件上取放电池片或做其它操作