一种多晶电池工艺水平及片源的评价方法

摘要

本发明提出了一种电池工艺及多晶硅片片源的评价方法。该方法利用电致发光或光致发光提取硅片中的缺陷信息，从而获得可用于表征硅片质量的量化参数。进一步，本发明基于所述量化参数，并结合电池开路电压Voc测试，分离出电池工艺水平和多晶硅片片源对Voc的影响大小。

说明书

技术领域

本发明属于多晶太阳能电池领域，尤其涉及多晶太阳能电池的工艺水平和 片源质量的评价方法。

背景技术

在多晶硅太阳能电池领域中，多晶硅片质量和电池工艺对电池表现都有影 响。因此，如何从电池性能（如V_oc）中分别评估多晶硅片片源质量和电池工 艺的影响，以便同时对片源和电池工艺水平进行监控，是业界一直致力于解决 的问题。

发明内容

本发明提出了一种电池工艺及多晶硅片片源的评价方法。该方法利用电致 发光或光致发光提取硅片中的缺陷信息，从而获得可用于表征硅片质量的量化 参数。进一步，本发明基于所述量化参数，并结合电池开路电压V_oc测试，分 离出电池工艺水平和多晶硅片片源对V_oc的影响大小。

根据本发明的第一方面，提出一种提取量化参数用于表征多晶电池的硅片质 量的方法，包括：获取多晶电池的电致发光EL图像或光致发光PL图像；处理所 述EL或PL图像，以获得少子寿命图像；基于所述少子寿命图像计算所述多晶电 池的少子寿命参数LT；以及使用所述少子寿命参数LT作为硅片质量的量化参数。

上述方法中，通过以下方式处理所述EL图像或PL图像以得到少子寿命图 像：对所述EL图像或PL图像进行最大值滤波；将滤波后的图像与原始图像相 减；以及对相减后的图像进行可选的线性变换，并用掩模去除栅线部分。

上述方法中，所述最大值滤波的形式为：β_i,j=M_i,j-max(R_i,j)，其中M_i,j表 示当前待考察的像素点(i,j)的亮度，max(R_i,j)表示当前待考察像素邻域中的最大 值，Β_i,j表示二者的差值。

上述方法中，所述少子寿命图像上各像素的亮度对应于硅片上该像素位置 的少子寿命；所述少子寿命图像上各像素的亮度对应于硅片上该像素位置的永 久缺陷信息。

上述方法中，基于所述少子寿命图像计算平均少子寿命，以得到所述少子 寿命参数LT。

根据本发明的第二方面，提出一种太阳能电池的在线多晶硅片片源质量监 控方法，根据第一方面的方法，在线获得少子寿命参数LT；以及使用所述少子 寿命参数LT作为硅片质量的量化参数，比较片源间的质量差异。

根据本发明的第三方面，提出一种评估多晶硅片片源质量对多晶电池开路 电压的影响的方法，包括：选择批量的标准多晶硅片，在标准工艺下制作得到 批量的标准多晶电池；对所述批量的标准多晶电池中每一个，使用第一方面的 方法以获得相应的少子寿命参数LT作为硅片质量的量化参数；对所述批量的 标准多晶电池中每一个，测量其相应的开路电压V_oc；以及基于所述批量的标 准多晶电池的少子寿命参数LT和开路电压V_oc，拟合出一次解析式：V_oc＝ k·LT+b，其中b为常数，系数k表征硅片片源质量对V_oc的影响。

上述方法中，在多个硅棒切片后等间选取，以选择所述批量的标准多晶硅 片。

根据本发明的第四方面，提出一种评估太阳能电池的制作工艺对多晶电池 开路电压的影响的方法，包括：根据第三方面的方法，获得标准片工艺下V_oc与LT的关系式V_oc＝k·LT+b；测试以待评估工艺制作的批量多晶电池中每一 个的开路电压V_oc1；根据第一方面的方法，测试所述批量多晶电池中每一个的 少子寿命参数LT1；计算LT1的平均值，将该平均值代入所述关系式V_oc＝ k·LT+b，得到标准片工艺下的平均开路电压V_oc0；以及以V_oc1与V_oc0之间的 差值α表征待评估工艺与标准片工艺之间开路电压V_oc的差。

根据本发明的第五方面，提出一种太阳能电池的在线工艺监控方法，包括： 根据第四方面的方法在线获得差值α；以及基于所述差值α判定待评估工艺相 比于标准片工艺的稳定性。。

附图说明

包括附图是为提供对本发明进一步的理解，它们被收录并构成本申请的一 部分，附图示出了本发明的实施例，并与本说明书一起起到解释本发明原理的 作用。附图中：

图1a示出根据本发明的实施例的多晶电池的电致发光（EL）图像。

图1b示出根据本发明的实施例对图1a的图像进行处理后得到的少子寿命 图。

图2示出标准片的开路电压和少子寿命之间的关系。

具体实施方式

以下结合附图描述详细本发明，包括本发明所基于的技术原理，以及典型 的实施方式。

本申请所提出的发明可包括以下方面：

1.图像获得

根据本发明，可获得多晶电池的电致发光（EL）或光致发光（PL）图像， 二者图像类似。图1（a）示例给出了电致发光图像。图像的位深可为16位或 更高。

2.图像处理

根据本发明的图像处理主要是EL/PL图像中永久缺陷的信息提取。PL或 EL图像都是辐射复合的结果，因此其像素点亮度的应正比于过剩载流子Δn和 本底掺杂浓度(p₀或n₀)。在注入浓度一定的情况下，Δn与像素点所在位置的 少子寿命有关。多晶中的某些晶体结构缺陷尺度小、复合能力强，因而会带来 Δn在空间尺度上的突变，因而像素点亮度会发生相应突变。而本底掺杂浓度 由铸锭工艺的分凝和电池工艺的扩散造成，这两种工艺的特点都决定其不可能 造成EL（PL）亮度的突变，而只会在大尺度上带来亮度不均。本发明的实施 例示例地采用50×50最大值滤波，并与原始图像相减后，再经线性变换（此 步骤可选，线性变化旨在基于假设的标定值将亮度差值转为少子寿命）并用掩 膜去掉栅线部分，得到少子寿命图像（见图1b），并计算其平均少子寿命，得 到少子寿命参数LT。最大值滤波的形式如下：

β_i,j=M_i,j-max(R_i,j)   （式1）

上述式1中，M_i,j表示当前待考察的像素点(i,j)的亮度，max(R_i,j)表示当前 待考察像素邻域中的最大值，Β_i,j表示二者的差值。

通过上述处理，从EL/PL图像出提取出少子寿命参数LT，其可作为硅片 质量的量化参数。

补充说明：少子寿命图像上的亮度值在原理上是正比于少子寿命的。本方 法考察亮度偏离的相对值，因此不必标定具体二者的具体比值，直接以亮度值 来表征少子寿命即可。

3.标准电池片测试和标准曲线获得

根据本发明，可选取一组系统选择多晶硅片，例如50-100片，这些标准片 具有不同的质量等级。选取方法可以是多个硅棒切片后等间隔选取，以保证硅 片质量具有代表性。将硅片一次投入某一稳定工艺制成电池片。测试每一片电 池的V_oc和EL图像，并用步骤2的方法计算出其少子寿命参数LT。将对应的 V_oc和LT绘成散点图，可得如图2所示的一次关系，按一次关系拟合出其解析 式

V_oc=k·LT+b   （式2）

上式中，b为常数，系数k表示以LT所表征的硅片质量对开路电压V_oc的影响。由此，对于不同质量的硅片片源，在获知其少子寿命参数LT后，即 可判断其质量优劣，且可判断质量差异对电池性能（V_oc）的影响大小。

4.任意批次多晶电池的工艺和片源评价

根据本发明，可取未知工艺和片源的电池一批，测出电池的V_oc1，并根据 EL（PL）图像计算少子寿命参数LT1。计算LT1的平均值，将该平均值代入 式2计算得V_oc0，令α=V_oc0-V_oc1，则α为所测电池片与标准电池片之间因工艺 造成V_oc差异。监控α的大小，即可评价工艺的稳定性。例如，当α的大小超 过一阈值时，则可认为待评价的未知工艺和标准工艺相比有较大偏差。

如上所述，少子寿命参数LT本身可代表硅片质量，因此，通过监控参数 LT即可判断硅片质量的优劣。也可将两种片源间（待测硅片和基准硅片间）的 LT差值△LT代入式2，求出片源间折合开压差值△V_oc。

以上描述了本发明的多个方面。上述描述方式仅为便于表述本发明的技术 原理和构思，而不应视为对本发明范围的限制。例如，以上描述了对多晶电池 的工艺和片源均进行评价的方案，但本领域技术人员应理解，本发明应涵盖单 独对工艺进行评价，和单独对片源质量进行评价的实施方式。

实施例1：

实施例1旨在提取出量化参数用于表征多晶电池的硅片质量。实施例1可包 括：

1)获取太阳能电池的EL/PL图像；

2)对EL/PL图像进行处理，以提取少子寿命参数LT，作为表征多晶电池的 硅片质量的量化参数。

进一步，基于少子寿命参数LT，可判断硅片片源的优劣，可在线监控硅 片片源的质量。

实施例2：

实施例2旨在评价多晶硅片质量对太阳能电池的开路电压的影响。实施例 1可包括：

1)挑选一定批量硅片，在一定工艺下一次制成电池片。

2)测试电池V_oc和EL，并计算其少子寿命参数LT。

3)由图2中标准片源V_oc和LT曲线可知，用步骤2算出的LT与V_oc线性 相关。因此，可按一次关系拟合V_oc和少子寿命LT关系，得到单位LT对 电池V_oc的影响（式2中的k）。

实施例3：

实施例3旨在评价电池制作工艺对太阳能电池的开路电压的影响。实施例 3可包括：

1)在已知标准片开路电压-寿命关系的前提下（如图2中拟合曲线公式），

测试一组未知硅片片源和电池工艺的多晶电池片，得到每片电池的V_oc1及 LT1。

2)计算LT1的平均值，将该平均值代入公式2，计算出标准片工艺下的平 均V_oc0。

3)V_oc1与V_oc0的差值α即被测电池与标准片工艺间V_oc的差。

进一步，基于差值α，可在线监控太阳能电池的制作工艺的稳定性。

发明的效果

本发明利用电池片的EL（PL）图像提取出量化参数用于表征多晶电池的硅 片质量。进一步，基于所提取的量化参数，并结合V_oc测试，本发明可快速地判 定电池工艺和多晶硅片片源的优劣。两种测试方法测试时间都小于1秒，可制 作成在线方式监控电池工艺稳定性和多晶片源质量优劣。