PERC电池【chí】的【de】光致衰减（LID，Light Induced Degradation）问题【tí】，尤【yóu】其是热辅助【zhù】光【guāng】衰（LeTID，Light elevated Temperature Induce Degradation）是近【jìn】年来【lái】晶硅太阳电池技术领域关注【zhù】的热点。随着PERC电【diàn】池技术大规模产业【yè】化，清楚其光衰的原理并解决问题【tí】变得越来越紧【jǐn】迫。
国内外对【duì】于PERC电池的光衰机理以及解决【jué】方案一直在【zài】不断的【de】研究【jiū】中。在2012年最早发表的关于PERC电池【chí】LeTID研究【jiū】的【de】论文【wén】中认为【wéi】，未知机理【lǐ】的LeTID光衰主要【yào】发生在【zài】多晶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【xiàn】微量【liàng】的铜元素也【yě】会【huì】引起晶体硅电池【chí】的光衰现象。在第【dì】十三届CSPV大会上，中科院【yuàn】电工所王文静研究员详【xiáng】细介绍了2017年【nián】国际上对【duì】于PERC电【diàn】池光衰研究的最新【xīn】成【chéng】果，以期对国内光伏产【chǎn】业在今后【hòu】的【de】技【jì】术方【fāng】案选择上有所裨益。以下内容由【yóu】王【wáng】文静的演讲整理而来。
众所周知P型【xíng】晶体硅【guī】电池普遍有光衰【shuāi】效应【yīng】，但PERC电池相较于BSF电池的光衰更【gèng】高【gāo】，尤其是多晶PERC电池【chí】，光衰【shuāi】较常规多晶【jīng】电池【chí】高6~10%左右。造成这一【yī】现象主要是【shì】由于【yú】PERC电池载流【liú】子行进路【lù】程加长，且【qiě】两者吸杂过程存在区别，BSF电池为前磷和背铝吸杂【zá】，而PERC电池仅有前磷吸杂。
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【shuāi】减【jiǎn】已经【jīng】不是【shì】个新鲜的话题了【le】，它【tā】主要是由电【diàn】池片中的B-O（硼氧对）对【duì】引起的，通【tōng】过降低硅片【piàn】中的氧含量、采用掺Ga代替掺B、光【guāng】照【zhào】+退火等方【fāng】法【fǎ】可以有效抑制光衰。国【guó】内外【wài】都【dōu】已经有光照退火【huǒ】的恢复设备，且目前几乎【hū】所有单晶【jīng】PERC电池厂家都已采用光照退火【huǒ】的方法抑制光衰。
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
今年最新【xīn】研究报【bào】道显示，单晶PERC电池也存在光照热衰减效应，即LeTID光衰【shuāi】。
德国【guó】企业Q-CELL（如今被韩【hán】国韩华【huá】收购）做了一【yī】个实验【yàn】，将其生产【chǎn】的【de】几乎无光【guāng】衰的Q.ANTUM单晶PERC电池（蓝线）、未经处【chù】理的普通单晶PERC电池【chí】（黑线）和经过光照退火的单晶【jīng】PERC电池（红线【xiàn】）分别在25℃、75℃条件【jiàn】下的进行光衰测试。结【jié】果显示，在25℃时，经过光照退【tuì】火【huǒ】后，确实可以【yǐ】有效降低光衰，然而当温度提【tí】升到75℃后，即【jí】使经过【guò】了光照退【tuì】火处理，单【dān】晶【jīng】PERC电池的光衰仍然较大，这也【yě】证明了单【dān】晶PERC电池的确存在LeTID光【guāng】衰。
图二 Q-CELL：单晶PERC电池的LeTID现象
这【zhè】一现象的【de】证实也给了单【dān】晶【jīng】PERC电池【chí】厂家一个提【tí】示，生产单晶PERC电池时，仍应注【zhù】意考【kǎo】察其LeTID光【guāng】衰【shuāi】是否存在，即高温长时间光【guāng】照时单晶【jīng】PERC电池是【shì】否存在光衰。同时，Q-CELL和Solar World均宣称可以制备无【wú】LeTID的单、多晶PERC电池，国内企业仍需【xū】加【jiā】大研究【jiū】力度，争【zhēng】取制备出无光衰的PERC电池。
多晶PERC电池的光衰研究
（1）多晶PERC电池的LeTID光衰
多【duō】晶PERC电【diàn】池的光【guāng】衰机理更为复杂，目前的研究认为，多【duō】晶PERC电池的光【guāng】衰与热过【guò】程【chéng】有关，随【suí】着温【wēn】度的升高，多晶【jīng】PERC电池的光衰【shuāi】加强，即LeTID光衰。
最【zuì】近【jìn】德国Konstanz大学发【fā】表了一篇报告，证实多晶PERC电池的LeTID光【guāng】衰与B-O对【duì】并不【bú】完【wán】全【quán】相关。Konstanz大学【xué】做了【le】三【sān】个实验对比，分别测试仅掺硼（B）的【de】电池、掺硼【péng】并进行磷（P）吸杂【zá】的电池、掺镓（Ga）并进行磷吸【xī】杂【zá】的电池【chí】在不【bú】同温【wēn】度下的少子寿命（少子寿【shòu】命降低说明存在光衰现象【xiàng】）。结【jié】果发现，掺硼和【hé】掺镓的多晶PERC电池都存在LeTID光衰，只不过掺镓电池【chí】的LeTID小于掺硼电池；磷吸【xī】杂和非磷吸杂的电【diàn】池都存【cún】在【zài】LeTID光衰【shuāi】，但是磷吸杂的电池中少子寿命【mìng】更高【gāo】。
（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【zhì】成电【diàn】池【chí】之前【qián】，通过吸杂可以有效降低电池【chí】的光【guāng】衰，包括【kuò】磷【lín】吸杂【zá】、铝吸杂和【hé】磷铝【lǚ】吸杂三种；此外，降低【dī】烧结温度，以及减缓烧结的【de】升【shēng】降温过【guò】程，也有利于降低光衰，这是由于在高温下金【jīn】属沉淀溶解导致金属离子扩散【sàn】，形成【chéng】较多的复合【hé】中【zhōng】心【xīn】，快速【sù】冷却会使得金属离子“冻结”在晶格中形成较【jiào】强的复合中心【xīn】，导致【zhì】光衰较强，而慢速【sù】冷却可以使金属离子。
而在电【diàn】池已经形成后，LeTID经过长期【qī】辐照【zhào】可以恢【huī】复，故可以通过【guò】光照退火处【chù】理，强光【guāng】+高温处理【lǐ】可以快【kuài】速恢复光衰。但【dàn】是，在光照退【tuì】火时，温【wēn】度也不能过高，存在一个温度阈值【zhí】，因为【wéi】过高的【de】加速【sù】恢复温度会导【dǎo】致二次光衰。烧结【jié】退火和【hé】激光退火【huǒ】均可改善电【diàn】池的光衰，而激光退火可【kě】以加快光衰的【de】恢复，实验显示激光退火【huǒ】+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【dé】国Fraunhofer研究所在一篇研究铜掺杂硅片中光衰的报【bào】道中，进【jìn】一步证【zhèng】实了【le】Cu-LID的存【cún】在【zài】。Fraunhofer研【yán】究【jiū】所【suǒ】通过测试同时具有Cu杂质和B-O对的P型【xíng】直拉（Cz）单晶硅电池、仅具有Cu杂【zá】质而没有B-O对的【de】区熔（Fz）单晶硅电【diàn】池的【de】少子【zǐ】寿命【mìng】，结果【guǒ】显示【shì】，在Cz硅【guī】中铜【tóng】杂质含量越高，光衰越严重，而Fz硅中即使没有B-O对，仍然存在光衰，这是【shì】由于铜所造成的光衰【shuāi】。此【cǐ】外【wài】，经过200℃暗【àn】退【tuì】火【huǒ】处理，在短【duǎn】暂恢复后仍会再次造成【chéng】退【tuì】火光衰，进一步【bù】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研究所在另一【yī】篇对Cu光【guāng】衰微观研究的【de】报道【dào】中【zhōng】提到，晶界的【de】∑数（指晶粒【lì】的【de】混乱指数）越大，量子效率（EQE）变化越大，即光衰越【yuè】不严重【chóng】，∑>3（孪晶【jīng】）的【de】晶界【jiè】光衰小于晶粒内部光衰。
此外，通过【guò】对PERC电池的正表面和背表【biǎo】面激光【guāng】探【tàn】测发现【xiàn】，部分晶界在正【zhèng】表面未出现光衰【shuāi】，而【ér】在【zài】背表面【miàn】存在光【guāng】衰，经测试证明发生光衰【shuāi】的【de】晶界处存在【zài】Cu颗粒，而不衰减的晶界处不【bú】存【cún】在Cu颗【kē】粒。这是由于PERC电池正表面存在P吸杂，而背表面缺少了Al-BSF电池的【de】P+（Al背场）吸杂，导致Cu富集，形【xíng】成【chéng】复合【hé】中心，从而致使【shǐ】PERC电池的光【guāng】衰加强。
Bredemeier等人发【fā】现当使【shǐ】用较低的温度烧结（600℃）时电【diàn】池光衰较【jiào】低，而【ér】使用较高温【wēn】度烧结（900℃）时【shí】会造成较强的光衰，低【dī】温二【èr】次退火（620℃~660℃）可以减少光衰【shuāi】。此外，Eberle等人【rén】发【fā】现快速冷【lěng】却会【huì】导致较强的光衰，而慢速冷却导致较【jiào】弱的光【guāng】衰【shuāi】。这是【shì】由于高温处理会【huì】使Cu沉淀溶解为Cu原子，Cu原子是可激【jī】活杂质，导致Cu扩散【sàn】到周围，光衰加【jiā】强，而低温退火【huǒ】和慢【màn】速冷却会【huì】形成【chéng】较大的Cu沉淀，降低光衰。
图六 Cu光衰的特性
总结
PERC电池的光衰【shuāi】主要分为两类：一类是非金【jīn】属光衰【shuāi】，即B-O对引【yǐn】起的光衰【shuāi】，通过退火即可消除，光照【zhào】+退火（氢钝化）可永久消除，单晶PERC电池的B-O对光衰要高【gāo】于多晶PERC电池；另【lìng】一类【lèi】是【shì】金属光【guāng】衰（Cu、Fe及其他过渡金属），通过降低金属杂质、吸杂预处【chù】理【lǐ】、降低【dī】热【rè】处理温度、低温退火【huǒ】、减【jiǎn】缓冷却速度、强光照+热处理可以降低光衰，PERC电【diàn】池由于单面吸杂【zá】，其金属光衰【shuāi】高【gāo】于BSF电【diàn】池【chí】，而【ér】多晶【jīng】PERC电池由于位错较【jiào】多，金属光衰【shuāi】比单晶PERC电池更【gèng】高一些。
此外，值得思考和探【tàn】究【jiū】的是，N型电池【chí】真的没有光衰吗【ma】？它【tā】不存在B-O对光衰，那么是否【fǒu】存在金属光衰呢？随【suí】着N型【xíng】电池【chí】技术【shù】逐渐进步，其光衰研究【jiū】也应该【gāi】被重视起来。
来源：光伏們
