PERC电【diàn】池的光致衰减（LID，Light Induced Degradation）问题，尤【yóu】其是热辅助光衰【shuāi】（LeTID，Light elevated Temperature Induce Degradation）是近【jìn】年来晶硅太阳电【diàn】池【chí】技术领【lǐng】域关注的热【rè】点。随着PERC电池技术大规模产业化【huà】，清楚其光衰的【de】原理【lǐ】并解【jiě】决问题变得越来越紧迫【pò】。
国内外对于PERC电【diàn】池【chí】的光衰机【jī】理以及【jí】解决方案一【yī】直在不断的研【yán】究中。在2012年【nián】最【zuì】早发表的关于PERC电池LeTID研究的论文中认为，未知机理【lǐ】的LeTID光衰主要发【fā】生【shēng】在多晶【jīng】PERC电池中，而今年的最新研究结果表明，单晶Cz硅中也存在LeTID光衰。此外，最新研究结果还发现微量【liàng】的【de】铜元素也会引【yǐn】起晶体硅电池的【de】光衰现象【xiàng】。在第十三届【jiè】CSPV大【dà】会上【shàng】，中【zhōng】科【kē】院【yuàn】电工所王文静研究员详细介绍了2017年国【guó】际【jì】上对于PERC电池光衰研究的最新成果，以期对国内光伏产业在【zài】今后的【de】技术方案选择上【shàng】有所【suǒ】裨益【yì】。以【yǐ】下内容由【yóu】王文【wén】静的演讲整理而来。
众所周知P型晶体【tǐ】硅电池普遍有光衰效应，但【dàn】PERC电池相【xiàng】较于BSF电池的【de】光衰更高，尤其是多晶PERC电【diàn】池【chí】，光衰较常规多晶电【diàn】池高6~10%左右。造【zào】成【chéng】这一现象主要是由于PERC电池【chí】载流子行【háng】进路程加【jiā】长【zhǎng】，且两者吸杂过程存在区别【bié】，BSF电池为前【qián】磷和【hé】背铝吸杂，而PERC电【diàn】池仅【jǐn】有前磷吸【xī】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【guī】的LID衰减已经不是个新【xīn】鲜的【de】话题了，它主【zhǔ】要是【shì】由电池片中的B-O（硼氧对【duì】）对引起的，通过降低硅片中的【de】氧含【hán】量、采用【yòng】掺Ga代【dài】替掺B、光照+退火【huǒ】等方法可以有【yǒu】效抑制【zhì】光衰。国内外都【dōu】已经【jīng】有光照退火的【de】恢复设备，且目前几乎所有单【dān】晶PERC电池厂家【jiā】都已采用光照退火【huǒ】的方法抑制【zhì】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【nián】最新研究报【bào】道显【xiǎn】示，单晶【jīng】PERC电池也存在光照热衰减效应【yīng】，即【jí】LeTID光衰。
德国【guó】企业Q-CELL（如今【jīn】被韩国韩华收购）做【zuò】了一个实【shí】验，将其生产的几乎无【wú】光衰【shuāi】的Q.ANTUM单晶PERC电池（蓝线）、未经处理【lǐ】的普通单晶PERC电池（黑线）和【hé】经【jīng】过光照【zhào】退火的单晶PERC电池（红线）分别在【zài】25℃、75℃条件下的进【jìn】行光衰测试。结果显示【shì】，在25℃时【shí】，经过光照退火后，确【què】实可以【yǐ】有效降低光衰，然而【ér】当温【wēn】度【dù】提升到75℃后，即使【shǐ】经过了光照【zhào】退火处理【lǐ】，单晶【jīng】PERC电池的光衰【shuāi】仍然【rán】较大【dà】，这也证【zhèng】明了单晶PERC电池的【de】确存在LeTID光衰。
图二 Q-CELL：单晶PERC电池的LeTID现象
这一【yī】现象的【de】证实也给了【le】单晶PERC电池厂家一【yī】个提示，生产单【dān】晶PERC电池时，仍应注意考察【chá】其LeTID光衰是否存在，即高【gāo】温长时间光照时【shí】单晶PERC电池【chí】是【shì】否存在【zài】光衰。同时，Q-CELL和【hé】Solar World均宣称可以制备无LeTID的单、多晶PERC电池，国【guó】内【nèi】企业仍需加【jiā】大研究【jiū】力度，争取制备出无光衰的PERC电池【chí】。
多晶PERC电池的光衰研究
（1）多晶PERC电池的LeTID光衰
多【duō】晶PERC电池的光衰【shuāi】机理【lǐ】更为复杂，目前的研【yán】究【jiū】认为，多晶PERC电池的光衰与热过程有关，随着温【wēn】度的升高，多晶PERC电池的光衰加强【qiáng】，即【jí】LeTID光衰。
最近德国Konstanz大【dà】学发表了【le】一篇报告【gào】，证实多晶PERC电池的LeTID光衰与B-O对并不完【wán】全相【xiàng】关。Konstanz大学做了三个实验对比，分【fèn】别测试仅掺硼（B）的【de】电池、掺硼并进行磷（P）吸杂的电池【chí】、掺【chān】镓（Ga）并进【jìn】行磷吸杂的电【diàn】池在不同温度【dù】下【xià】的少子寿命（少子【zǐ】寿【shòu】命降【jiàng】低说明存在光衰现象【xiàng】）。结果发【fā】现，掺【chān】硼和【hé】掺【chān】镓的多晶PERC电池都存在LeTID光衰，只【zhī】不过掺镓电池的【de】LeTID小于【yú】掺硼电池；磷吸杂和非磷吸杂【zá】的【de】电池都存在【zài】LeTID光衰【shuāi】，但是【shì】磷吸杂的电【diàn】池中少【shǎo】子寿【shòu】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
在制成电池之前【qián】，通过【guò】吸杂【zá】可以有【yǒu】效【xiào】降【jiàng】低电池的光衰，包括磷【lín】吸杂【zá】、铝【lǚ】吸杂和磷铝吸杂【zá】三【sān】种【zhǒng】；此外，降低烧结温【wēn】度，以及减缓【huǎn】烧结的【de】升【shēng】降温过【guò】程，也有【yǒu】利于降低光衰，这是由于在高温下金属【shǔ】沉淀溶解导致金属离子扩散【sàn】，形成【chéng】较多的复合中心【xīn】，快速冷却会【huì】使得金属离【lí】子“冻结”在晶格中形成较强【qiáng】的复【fù】合中心，导致光【guāng】衰【shuāi】较强，而慢速冷却可以使金属离子。
而在【zài】电池已经【jīng】形成后，LeTID经过长期辐照可以恢复，故可以通【tōng】过光照【zhào】退火处【chù】理，强光+高温处理【lǐ】可【kě】以快速【sù】恢复光衰【shuāi】。但是，在光照退火时，温度【dù】也不能过高，存在一个温度阈值【zhí】，因【yīn】为【wéi】过高的【de】加【jiā】速恢【huī】复温度会导致二次光衰。烧【shāo】结退火和激光退【tuì】火均可改善电【diàn】池的光衰，而激光退火可【kě】以【yǐ】加快光衰的恢复，实验显示激光退火【huǒ】+烧【shāo】结退火【huǒ】可以彻底【dǐ】消除光衰。
光衰的最新研究成果——Cu（铜）光衰
今年德国Fraunhofer研究【jiū】所在【zài】一【yī】篇研究铜掺杂硅片中【zhōng】光衰【shuāi】的报道中，进一步证实【shí】了Cu-LID的存在。Fraunhofer研究所通过测【cè】试同时具有Cu杂质和B-O对的P型直拉【lā】（Cz）单晶【jīng】硅【guī】电池、仅具有【yǒu】Cu杂质而没有B-O对的区熔（Fz）单晶硅电池【chí】的少子寿命，结【jié】果显【xiǎn】示，在Cz硅中铜杂【zá】质含量越高，光衰越严重，而Fz硅中【zhōng】即使没有B-O对，仍然存在光衰，这是【shì】由于铜所【suǒ】造成【chéng】的光衰【shuāi】。此外，经过200℃暗退火处理，在短暂恢复后【hòu】仍【réng】会再次造成退【tuì】火光衰，进一步【bù】证【zhèng】明了Cu光衰的存在。
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，晶【jīng】界的∑数（指【zhǐ】晶粒的混乱指数）越大，量子效率（EQE）变化越大，即【jí】光衰越不严重，∑>3（孪晶）的晶界光【guāng】衰【shuāi】小于【yú】晶粒内部光衰。
此【cǐ】外，通过对PERC电池的正【zhèng】表面和背表面激光探测发现，部分晶界在【zài】正表面【miàn】未出现光衰，而在背表面存在光衰，经测试【shì】证明【míng】发生光衰【shuāi】的晶界处存【cún】在Cu颗粒，而不衰减【jiǎn】的晶界处不存在Cu颗粒。这【zhè】是由于【yú】PERC电池【chí】正表面存在【zài】P吸【xī】杂【zá】，而背表面缺【quē】少了Al-BSF电池的P+（Al背场【chǎng】）吸杂【zá】，导致Cu富集，形成复合【hé】中【zhōng】心，从而致使【shǐ】PERC电池的光衰加强。
Bredemeier等人发现当使用较低的温度【dù】烧结（600℃）时电池【chí】光衰较【jiào】低，而使用较高温度烧结（900℃）时会造成较强的光衰，低温二次退火【huǒ】（620℃~660℃）可以减【jiǎn】少【shǎo】光衰。此外，Eberle等人发现【xiàn】快【kuài】速冷却会导致较强的光衰，而慢速冷却导致较【jiào】弱的光衰【shuāi】。这是由于高温【wēn】处理会使Cu沉淀溶解为Cu原子，Cu原子【zǐ】是可【kě】激活【huó】杂质，导致Cu扩散到【dào】周围，光【guāng】衰加【jiā】强，而低温退【tuì】火和慢速冷却【què】会形【xíng】成较【jiào】大【dà】的Cu沉淀，降【jiàng】低光衰。
图六 Cu光衰的特性
总结
PERC电池的光衰主【zhǔ】要分为【wéi】两类：一类是非金属光衰，即B-O对引起的【de】光衰，通过退【tuì】火即【jí】可消除，光【guāng】照+退火（氢钝【dùn】化）可永久消除，单【dān】晶【jīng】PERC电池【chí】的B-O对光衰要【yào】高于多晶PERC电【diàn】池【chí】；另一【yī】类是金【jīn】属光衰（Cu、Fe及其【qí】他过渡金【jīn】属），通【tōng】过【guò】降低金属杂质、吸杂预处理、降低热处【chù】理温度、低温退【tuì】火、减缓【huǎn】冷却速【sù】度、强光照+热处理【lǐ】可以降低光衰，PERC电池由【yóu】于单面吸杂，其金属光衰高于BSF电池【chí】，而多晶PERC电池由于位错较多【duō】，金属光衰比单晶PERC电池更高一些。
此外，值得【dé】思考和探究的是，N型电池真【zhēn】的没有光衰吗？它不【bú】存在B-O对【duì】光衰，那么是【shì】否存在金属光【guāng】衰呢【ne】？随【suí】着N型【xíng】电池技术逐渐【jiàn】进步，其【qí】光衰研【yán】究也应该被重视【shì】起来。
来源：光伏們
