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电池EL黑区问题以及解决方案,2015.11.05,郭宽新 张斌 宋江 吴小元,主要内容,一.电池EL黑区背景介绍 EL检测原理,EL实验装置示意图,光强与少子扩散长度的关系曲线,EL原理能带图,(a)0偏压下P-N结能带图，(b)正向偏压下P-N能带图,4,硅料,硅锭,硅片,电池片,组件,一.电池组件EL黑边背景介绍-EL黑区来源,L型I型位错团,污染断删表面异常,隐裂划痕,隐裂虚焊,整体发暗,EL黑区最常见的是L型，I型，位错团，以及单晶黑心几种形式,一.电池EL黑区背景介绍 电池EL检测结果,I边角 L黑边,片状污染,絮状黑区,断栅,黑心片,隐裂,反偏漏电,本报告主要研究解决边角黑边问题,一.电池EL黑区背景介绍 组件端常见的情况,黑边，L,I型,表面污染,位错团,位错线/隐裂,区最为常见的L,L型黑边，以及位错团和位错线,二.多晶电池EL黑边以及解决方案多晶电池EL黑边,PL,DL扫描图,IQE扫描图（874nm）,通过PL和IQE扫描测试，判断电池EL图像黑区是硅片的少子寿命较低导致的。,提高边区少子寿命的有效途径：,坩埚做大，把硅锭边沿切除，彻底消除黑边。坩埚（及其他辅料）纯度提高，减少坩埚对硅锭的污染，减轻污染。硅锭本身少子寿命提高，锭在受到坩埚污染后，少子寿命绝对值依旧比较高，不至于复合严重导致黑边。,二.多晶电池EL黑边主要类型 多晶EL黑边硅片分布,红区明显减少,传统情况,二.多晶电池EL黑边主要类型多晶无EL黑边的优势,无EL黑边的条件,少子寿命低于1.5us区域少于8mm,局部少子寿命均大于1.5us（WT200）,统计，经验数据,二.多晶电池EL黑边主要类型多晶无EL黑边的优势,2014Q4随机一天的报表数据,ABC无差异,需要具体改进措施：,原生硅的比例提高,一级正料比例增加。增加成本，不太现实坩埚喷涂辅料（氮化硅，硅溶胶）全部采购进口产品。坩埚喷涂减少硅溶胶的使用，降低氧含量。,(a),(b),二.多晶电池EL黑边解决方案（一）提高硅锭的绝对少子寿命,硅锭切割示意图,坩埚底部做大后，切割完成后边区小锭的红区明显减少。但是这样做并不会减少红区的宽度，而是边区切除的宽度更宽，而且在投炉量基本不变的情况下，铸锭高度会降低，会降低良率。,二.多晶电池EL黑边解决方案（二）坩埚做大,不建议,二.多晶电池EL黑边解决方案（四）坩选择铸凝坩埚,a1,a2,铸凝与铸浆的工艺差异，造成两类坩埚尺寸有差异，相同工艺条件下回出现：a1=a2 b1b2,b2,b1,二.多晶电池EL黑边解决方案（五）高纯坩埚的应用,高纯坩埚,原材料高纯（脱氧，除杂质石英）坩埚成型后纯化（酸浸，气固氧化）制备高纯层减少基体的污染,最经济,杂质Fe在硅锭中的扩散深度与温度曲线,工艺时间越长铸锭温度越高，硅锭接触坩埚时间越长、杂质扩散越快，杂质扩散到硅锭内部越深，红区范围就越大。但是缩短工艺时间和降低铸锭温度可能会引入更多的结构缺陷，工艺上很难有突破。,二.多晶电池EL黑边解决方案（六）优化工艺周期,硅锭在高温下停留的时间越短对应的红区（杂质扩散长度）越窄,红区明显减少,传统情况,二.多晶电池EL黑边解决方案小结,一句话：用优质原辅料，采用高纯层铸凝坩埚，控制好长晶，冷却时间,EL图上的黑条斑处的短波IQE却是比周围的高，而Corescan显示该处的接触电阻特别高。有一种可能是黑斑处的方块电阻异常高,针对EL黑色区域，测试高分辨率LBIC（核查黑斑是源自前表面还是体内）以及Corescan,EL,405nm,874nm,IQE(高分辨率LBIC测试),高分辨率Corescan,三.多晶电池其他常见EL黑区-表面污染,激光刻蚀,405nm IQE,874nm IQE,测试高分辨率Corescan，接触电阻高，表面污染,EL图像,405nm IQE,874nm IQE,三.多晶电池其他常见EL黑区-表面污染,LBIC测试长短波均异常,1#样品405nmIQE未见划痕，其余明显可见小结：电池片浅层（5m）内有异常，更深处也可能有异常,10#样品405nmIQE絮状不明显，其余明显可见异常原因同1#样品,三.多晶电池其他常见EL黑区-硅片基体缺陷,三.多晶电池其他常见EL黑区-硅片基体缺陷,腐蚀后，普通位置可见普通位错群，异常区未见特征形貌位错群小结：EL异常区不是一般腐蚀处理可见的缺陷群,三.多晶电池其他常见EL黑区-硅片基体缺陷,硅片基体出问题了，非隐裂的情况下，什么原因会这样？,总 结：,无EL黑边的硅片，硅片A,B,C的效率没有差异。解决多晶EL黑边，最有效的方式：用优质原辅料，采用高纯层铸凝坩埚，控制好长晶，冷却时间。电池制备异常（污染，断删）同样会出现EL黑区。多晶电池其他EL暗区（非边缘）主要是硅片位错造成,THANK YOU!,