《晶体硅太阳电池生产技术》课件-9光注入工序生产与检测

光注入工序生产与检测《晶体硅太阳电池生产技术》光注入工序生产与检测区域1区域4区域5区域3区域2烧结较低温度（350℃左右）将金属浆料中的有机物挥发，将有机物燃烧；烧结较高温度（500-650℃）玻璃熔化并浸湿银/氮化硅界面，玻璃中的PbO和SiNx反应并穿透减反射膜；烧结高温快烧（750-800℃左右）浆料与硅片形成良好的欧姆接触，实现电子输运隧穿通道；恢复炉升温，通过升温激活氮化硅钝化膜中的H原子；恢复炉光照区域，光照控制原子的价态，使其在P+发射极和N型基底与复合中心（缺陷）结合，形成非复合中心。最终实现良好钝化效果，达到提升Voc与FF的目的。光注入的核心原理01.光注入生产全流程02.关键参数控制与操作要点03.光注入效果的检测方法04.常见异常及解决方法05.光注入的核心原理01一、光注入的核心原理TOPCon电池的钝化膜（比如氮化硅）里藏着很多氢原子，但刚烧结完的电池里，这些氢原子是“沉睡”的，没法发挥作用。光注入的核心就是两个步骤：激活氢原子和控制氢原子价态。第一步，升温激活。通过加热（一般150-300℃），让氮化硅膜里的氢原子获得能量，从“沉睡”状态醒来，变成能自由移动的“活性氢”。这就像冬天冻住的水管，加热后才能重新流水。第二步，光照调控。用LED灯照射电池片，控制活性氢的价态。咱们可以把价态理解为“电荷状态”：带正电的氢原子会主动去找硅片里的“缺陷”（比如硅原子的悬挂键），并和它们结合，形成“非复合中心”。什么是复合中心？就是会让电子和空穴“相遇消失”的地方，相当于电流传输中的“路障”。氢原子把这些“路障”修复了，载流子的复合就减少了，电池的开路电压（Voc）和填充因子（FF）自然就提升了。光注入生产全流程02二、光注入生产全流程（一）设备组成光注入退火炉主要分四个部分：上料区、升温区、光照区、降温区。上料区：自动接收烧结后的电池片，定位对齐，避免后续处理时位置偏移。升温区：用红外灯管加热，温度从室温升到150-300℃，升温速率控制在5-10℃/秒，太快会导致硅片受热不均，太慢则激活效率低。光照区：安装多组LED灯（波长一般400-800nm），光照强度1-3个太阳常数（1太阳常数=1000W/m²），确保光均匀覆盖电池片表面。降温区：用风扇吹冷空气，把电池片温度降到50℃以下，避免高温下氢原子重新“沉睡”。二、光注入生产全流程（二）具体步骤第一步上料（30秒）。电池片从烧结炉出来后，由机械臂送到光注入炉的传送带上，传感器检测电池片是否放正，歪了会自动调整。第二步升温（60-90秒）。进入升温区，红外灯管逐步加热，热电偶实时监控温度，确保达到目标温度（比如200℃）并稳定30秒，让氢原子充分激活。这里要注意，温度不能超过350℃，否则氮化硅膜会受损，反而释放杂质。第三步光照（60-120秒）。电池片进入光照区，LED灯亮起，光照强度根据电池类型调整（比如多晶用1.5太阳常数，单晶用2太阳常数）。光照时要保证每个区域的光强差不超过5%，否则会出现局部修复不均。第五步下料（30秒）。冷却后的电池片被传送到检测台，准备进行性能测试。第四步降温（60秒）。电池片进入降温区，风扇启动，冷风均匀吹在表面，温度从200℃降到50℃以下，整个过程持续1分钟，避免骤冷导致硅片弯曲。整个流程耗时约5-6分钟/批，和烧结工序相比，光注入更像

“精细调理”——不求快，但求每个电池片都能被均匀处理。关键参数控制与操作要点03三、关键参数控制与操作要点（一）核心参数及影响常规范围作用异常影响150-300°C激活氢原子低于150°C：氢原子激活不足，Voc提升少：高于350°C：氮化硅膜受损，引入杂质。1-3太阳常数控制氢原子价态太低：氢原子价态不对，无法修复缺陷；太高：硅片过热，产生新缺陷。60-120秒保证氢原子与缺陷充分结合太短：修复不彻底；太长：效率下降（边际效应递减）。5-10℃/秒固定修复效果太快：硅片应力过大，出现裂纹；太慢：氢原子重新扩散，效果流失。三、关键参数控制与操作要点（二）实操注意事项设备清洁每周要擦一次LED灯表面的灰尘，否则会导致光强衰减不均，出现“光斑”缺陷（修复后的电池片局部效率低）。参数校准每天开工前，用温度计测升温区实际温度（避免仪表显示不准），用光强计测光照区各点强度，偏差超过10%要及时调整。电池片状态光注入前要检查电池片是否有破损或隐裂，有问题的要挑出来，否则加热时可能碎裂，污染设备。安全防护光照区的LED灯亮度极高，操作时必须戴防蓝光眼镜，避免灼伤眼睛；升温区温度高，取放样品要用耐高温手套。光注入效果的检测方法04四、光注入效果的检测方法（一）WCT-120少子寿命测试这是检测半成品性能的

“黄金标准”。光注入后，用WCT-120测少子寿命和iVoc（模拟开路电压）：合格标准：少子寿命＞100μs，iVoc＞680mV（文档中基线值是699.4mV，光注入后应更高）。异常判断：如果iVoc提升＜5mV，说明光注入效果差，可能是升温不够或光照不足。四、光注入效果的检测方法专门测电池的Voc和pFF（去除串联电阻影响的填充因子）：测试原理：模拟不同光照强度下的Voc，计算理想二极管模型中的J01、J02（饱和电流密度，越小越好）。合格标准：Voc提升≥5mV，pFF提升≥1%，J01＜1e-9A/cm²。（二）Suns-Voc测试四、光注入效果的检测方法（三）EL电致发光测试光注入后的电池片通电后，用EL相机拍照片：合格表现：整体发光均匀，无暗点、黑斑（暗点说明局部缺陷未修复）。常见问题：边缘发暗，可能是光照区边缘光强不足；中心发暗，可能是升温区中心温度不够。举个车间里的真实案例：一批电池片光注入后，EL测试发现四角发暗，排查后发现是光照区的LED灯四角功率衰减，更换灯组后，暗点消失，Voc平均提升了8mV。这说明检测和设备维护是相辅相成的。常见异常及解决方法05五、常见异常及解决方法Voc提升不明显（＜3mV）可能原因：升温温度不够（比如实际只有120℃）、光照时间太短（＜40秒）。解决：提高升温区设定温度（增加20℃），延长光照时间至90秒，同时校准温度计，确保实际温度达标。01三个高频异常及解决办法：电池片出现隐裂可能原因：降温速率太快（＞15℃/秒）、电池片本身有微裂（烧结时产生）。解决：降低降温风扇功率，让速率控制在8℃/秒以内；光注入前增加外观检查，挑出有微裂的电池片。02EL图局部暗点可能原因：光照区有灰尘遮挡（导致局部光强不足）、LED灯组某颗灯损坏。解决：清洁光照区玻璃，更换损坏的LED灯，用光强计重新校准各点强度。记住一个排查口诀：“先看Voc找效果，再查温光看参数，设备清洁不能少，EL图像判均匀”。03同学们，光注入工序看似是“锦上添花”，实则是TOPCon电池突破高效率的“关键一笔”。它的核心逻辑很简单：用温度激活氢原子，用光照引导它们修复缺陷，但要做好这两点，需要精准控制每一个参数，这就是光伏制造的“精细之处”。现在行业里，光注入技术还在升级，比如用脉冲光照替代持续光照，既能节省能源，又能