PERC电池的光致【zhì】衰减（LID，Light Induced Degradation）问【wèn】题，尤其【qí】是热辅助光衰（LeTID，Light elevated Temperature Induce Degradation）是近年来晶【jīng】硅太【tài】阳电池技术领域【yù】关注的【de】热点【diǎn】。随【suí】着PERC电池技术大规模产业化，清楚【chǔ】其光衰的【de】原理并解决问题变【biàn】得越来越紧迫。
国内外【wài】对于PERC电池的光【guāng】衰机理以及解决【jué】方案一直在不断的研究【jiū】中。在2012年最【zuì】早发表的关于PERC电池LeTID研究【jiū】的论文中认【rèn】为，未【wèi】知机理的LeTID光衰主要发生【shēng】在多【duō】晶PERC电池中【zhōng】，而今年的最新研究结果表明，单晶Cz硅中也存在LeTID光衰。此【cǐ】外，最新研【yán】究结果还发现【xiàn】微量的铜【tóng】元素【sù】也会【huì】引起晶体硅电池的光衰现象。在第十三【sān】届CSPV大【dà】会上【shàng】，中【zhōng】科院电工所王文静研【yán】究员详细介绍【shào】了2017年国际【jì】上对于PERC电池光衰研究的【de】最新成果，以期【qī】对【duì】国内光伏【fú】产业在【zài】今后的技术方【fāng】案选【xuǎn】择上有所裨【bì】益。以下内容由王文静【jìng】的演讲整理而来。
众所周知P型晶【jīng】体硅【guī】电池普遍有光【guāng】衰【shuāi】效应【yīng】，但PERC电池【chí】相较于BSF电【diàn】池的光衰更高，尤【yóu】其是多晶PERC电池，光衰较常规多晶电池高【gāo】6~10%左【zuǒ】右。造成这一【yī】现象主【zhǔ】要是【shì】由于PERC电池载【zǎi】流子行进【jìn】路程加长，且两者吸杂【zá】过程存在区别，BSF电池为【wéi】前磷和背铝吸杂，而PERC电池【chí】仅有【yǒu】前磷吸杂。
单晶PERC电池的光衰研究
（1）单晶PERC电池的LID衰减和恢复
单晶硅的LID衰减已【yǐ】经不是个【gè】新鲜的话题了，它主要是由【yóu】电【diàn】池片中的B-O（硼氧【yǎng】对）对【duì】引【yǐn】起的，通过降低硅片中【zhōng】的氧含量、采【cǎi】用掺Ga代替掺【chān】B、光照+退火等方法【fǎ】可【kě】以有效抑制光衰。国内外都已经有光【guāng】照退火的恢复设备，且目前几乎所有【yǒu】单晶PERC电池厂家都已采【cǎi】用光照退火【huǒ】的方【fāng】法抑制光衰。
图一 单晶PERC电池的LID衰减和恢复机理
（2）单晶PERC电池的LeTID光衰
今年最【zuì】新研究【jiū】报道显示，单晶PERC电池也存【cún】在光照【zhào】热衰减效应，即LeTID光衰。
德国企业Q-CELL（如今【jīn】被【bèi】韩国韩华【huá】收购【gòu】）做了一【yī】个实【shí】验，将其生产的几【jǐ】乎无光衰的Q.ANTUM单晶PERC电池（蓝线）、未经处【chù】理【lǐ】的普【pǔ】通单晶PERC电池【chí】（黑线）和【hé】经过【guò】光照退火的【de】单晶【jīng】PERC电池（红线【xiàn】）分别在25℃、75℃条【tiáo】件下的进行光衰测试。结果显示，在25℃时，经过光照【zhào】退火后，确实可【kě】以有【yǒu】效【xiào】降低光衰，然而【ér】当温度【dù】提升到75℃后，即使经过了光照退【tuì】火处【chù】理，单晶PERC电池【chí】的光衰仍然【rán】较大，这也证【zhèng】明了单晶PERC电池的确存在LeTID光衰。
图二 Q-CELL：单晶PERC电池的LeTID现象
这一现象的证实也给了单【dān】晶PERC电【diàn】池【chí】厂家一个【gè】提【tí】示，生【shēng】产单晶【jīng】PERC电池时，仍应【yīng】注意考察其LeTID光衰是否存在【zài】，即高温【wēn】长时间光【guāng】照时单晶PERC电池是否存在光衰【shuāi】。同时【shí】，Q-CELL和Solar World均宣【xuān】称可【kě】以制备无【wú】LeTID的单、多晶PERC电池，国内企业仍需加大研究力度，争取制备【bèi】出无【wú】光衰的PERC电池。
多晶PERC电池的光衰研究
（1）多晶PERC电池的LeTID光衰
多晶PERC电池的光衰机【jī】理更为复杂，目前的研究认为，多晶PERC电池【chí】的光衰与热过程有【yǒu】关，随【suí】着温度的升高【gāo】，多晶PERC电池【chí】的【de】光衰加强【qiáng】，即LeTID光衰。
最近德国Konstanz大学【xué】发表了一【yī】篇报告，证实多晶PERC电池的LeTID光衰与B-O对并【bìng】不完全相关。Konstanz大学做了三个实验对【duì】比，分别测试仅掺硼（B）的电池、掺硼【péng】并进行磷【lín】（P）吸杂的【de】电池、掺镓（Ga）并【bìng】进行磷吸杂的电池在【zài】不【bú】同温度下的少子寿命【mìng】（少子寿命降【jiàng】低说明【míng】存在光衰现【xiàn】象）。结果【guǒ】发现，掺硼和掺镓【jiā】的多晶PERC电池【chí】都【dōu】存在LeTID光【guāng】衰，只【zhī】不【bú】过【guò】掺【chān】镓电【diàn】池的【de】LeTID小于【yú】掺硼电池【chí】；磷吸杂和【hé】非磷吸杂的电【diàn】池都存在LeTID光衰【shuāi】，但【dàn】是磷吸杂的电池中少子【zǐ】寿命更高。
（a）仅掺硼电池
（b）掺硼并进行磷吸杂电池
（c）掺镓并进行磷吸杂电池
图三 不同电池在不同温度下少子寿命变化曲线
（2）LeTID减缓或恢复的方法
在【zài】制成电池之【zhī】前，通过吸杂可【kě】以有效降低电池的光衰【shuāi】，包括【kuò】磷吸杂、铝吸杂和磷【lín】铝吸【xī】杂三【sān】种；此外，降低烧结温度，以及减缓【huǎn】烧结的升降温过程，也【yě】有利【lì】于降低【dī】光衰【shuāi】，这是由【yóu】于【yú】在高温下金属沉淀溶解导致金属离子【zǐ】扩散，形成较多的【de】复合【hé】中心【xīn】，快速冷【lěng】却会使得金属离子【zǐ】“冻结”在晶【jīng】格【gé】中形成较强的复合中心，导致【zhì】光衰较【jiào】强，而慢速冷却可以使金【jīn】属离子。
而在【zài】电【diàn】池已经形成【chéng】后，LeTID经过长期辐照可以恢复，故【gù】可以通过【guò】光照退火处理，强光+高温处【chù】理可以快速【sù】恢复光衰。但是，在【zài】光照退火时，温【wēn】度也【yě】不【bú】能过高，存在一个温度阈值，因为过高【gāo】的加速恢复温度会【huì】导致二【èr】次光【guāng】衰。烧【shāo】结【jié】退【tuì】火和激光退火均可改【gǎi】善【shàn】电池的光衰，而【ér】激光退火可【kě】以加快光衰【shuāi】的恢复，实【shí】验显示【shì】激光【guāng】退火+烧结退火可【kě】以彻底消除光衰。
光衰的最新研究成果——Cu（铜）光衰
今年德国【guó】Fraunhofer研【yán】究所在一篇研究铜掺杂硅片中光衰的【de】报道中，进一步证实了【le】Cu-LID的【de】存在。Fraunhofer研究所【suǒ】通过测试同时具有Cu杂质【zhì】和B-O对的P型直拉（Cz）单晶硅电池、仅【jǐn】具有Cu杂【zá】质而没有B-O对的区熔【róng】（Fz）单晶硅【guī】电【diàn】池的【de】少子寿命，结【jié】果显示，在Cz硅中【zhōng】铜杂质含【hán】量越高，光衰越严重，而Fz硅中即使【shǐ】没【méi】有B-O对，仍然存在光衰，这【zhè】是由于铜所造成的光衰。此外，经过【guò】200℃暗退【tuì】火处【chù】理，在短暂恢复后仍会再【zài】次造成【chéng】退火光衰【shuāi】，进一步证明了Cu光【guāng】衰的存在。
图四 铜掺杂的Cz硅和Fz硅中少子寿命
图五 200℃退火后铜掺杂的Cz硅和Fz硅中少子寿命
Fraunhofer研究【jiū】所在另一篇对Cu光衰微观【guān】研究的报道中提到【dào】，晶界的∑数（指晶粒的混乱指数）越大，量子效率【lǜ】（EQE）变化【huà】越【yuè】大【dà】，即光衰越不严重，∑>3（孪晶）的晶【jīng】界【jiè】光衰小于【yú】晶粒内部光衰【shuāi】。
此外，通【tōng】过对PERC电【diàn】池【chí】的正表面和背表面【miàn】激光【guāng】探测发现，部分【fèn】晶界在正表面未出【chū】现光衰【shuāi】，而在背表面存在光衰，经测【cè】试证明发生【shēng】光衰的晶界处【chù】存在【zài】Cu颗粒，而不衰减的【de】晶界处不存在Cu颗粒。这是由于PERC电池正表【biǎo】面存在P吸杂，而背表面缺少了Al-BSF电池的P+（Al背场）吸【xī】杂【zá】，导致Cu富集，形成复合【hé】中心，从而致【zhì】使PERC电池【chí】的【de】光衰加强。
Bredemeier等人发现当使用较【jiào】低的温度烧结（600℃）时电池【chí】光衰较低，而使用较高温度烧结（900℃）时会造成较强【qiáng】的光衰，低温二次【cì】退【tuì】火（620℃~660℃）可【kě】以【yǐ】减少光衰。此外，Eberle等人【rén】发【fā】现快速冷却会导致较【jiào】强的光衰【shuāi】，而慢速冷却导致较弱【ruò】的光衰。这是由【yóu】于【yú】高温处【chù】理会使Cu沉淀溶解为【wéi】Cu原子，Cu原子【zǐ】是可激活杂【zá】质【zhì】，导【dǎo】致【zhì】Cu扩散到周围，光衰加【jiā】强，而低【dī】温【wēn】退火和慢速冷却会形成较大的Cu沉【chén】淀，降低光【guāng】衰【shuāi】。
图六 Cu光衰的特性
总结
PERC电池的光衰主要分为两类：一类是非金属光衰，即【jí】B-O对引起的光衰，通过退火即可【kě】消【xiāo】除，光照+退火【huǒ】（氢【qīng】钝化）可永久消除，单晶PERC电池【chí】的B-O对光【guāng】衰要【yào】高于多晶PERC电池；另一【yī】类是金【jīn】属【shǔ】光衰（Cu、Fe及其他过【guò】渡金【jīn】属），通过降低金属杂质、吸杂预【yù】处理、降低热处【chù】理温度、低温退火、减【jiǎn】缓冷却速度、强【qiáng】光照+热处理可【kě】以降低光衰，PERC电池由于单面【miàn】吸杂【zá】，其金属光衰【shuāi】高于BSF电池，而多【duō】晶PERC电池由于位错【cuò】较多【duō】，金属光衰比单【dān】晶PERC电池更高一些。
此【cǐ】外，值得思考和探究的是，N型电【diàn】池真的没有【yǒu】光【guāng】衰【shuāi】吗【ma】？它不存在B-O对【duì】光衰，那么是否存在金属光衰呢？随着N型电池技术逐【zhú】渐【jiàn】进步，其光【guāng】衰研究【jiū】也【yě】应【yīng】该被重【chóng】视起来。
来源：光伏們
