各種電流都對組件的功率有或大或小的影響,區分各種電流的特性,能夠排查引起組件功率異常的原因,有助于問題的徹底解決。
暗電流
暗電流(DarkCurrent)也稱無照電流,是指P-N結在反偏壓條件下,沒有入射光時產生的反向直流電流。一般由于載流子的擴散產生或者器件表面和內部的缺陷以及有害的雜質引起。擴散產生的原理是在PN結內部,N區電子多,P區空穴多,因為濃度差,N區的電子就要向P區擴散,P區的空穴要向N區擴散,盡管PN結內建電場是阻止這種擴散的,但實際上這中擴散一直進行,只是達到了一個動態的平衡,這是擴散電流的形成。另外當器件的表面和內部有缺陷時,缺陷能級會起到復合中心的作用,它會虜獲電子和空穴在缺陷能級上進行復合,電子和空穴被虜獲到缺陷能級上時,由于載流子的移動形成了電流,同樣有害的雜質在器件中也是起到復合中心的作用,道理和缺陷相同。
暗電流一般在分選硅片時要考慮,如果暗電流過大能說明硅片的質量不合格,如表面態比較多,晶格的缺陷多,有存在有害的雜質,或者摻雜濃度太高,這樣的硅片制造出來的電池片往往少子壽命低,直接導致了轉換效率低!
對單純的二極管來說,暗電流其實就是反向飽和電流,但是對太陽能電池而言,暗電流不僅僅包括反向飽和電流,還包括薄層漏電流和體漏電流。
反向飽和電流
反向飽和電流指給PN結加一反偏電壓時,外加的電壓使得PN結的耗盡層變寬,結電場(即內建電場)變大,電子的電勢能增加,P區和N區的多數載流子(P區多子維空穴,N區多子為電子)就很難越過勢壘,因此擴散電流趨近于零,但是由于結電場的增加,使得N區和P區中的少數載流子更容易產生漂移運動,因此在這種情況下,PN結內的電流由起支配作用的漂移電流決定。漂移電流的方向與擴散電流的方向相反,表現在外電路上有一個留入N區的反向電流,它是由少數載流子的漂移運動形成的。由于少數載流子是由本征激發而產生的,在溫度一定的情況下,熱激發產生的少子數量是一定的,電流趨于恒定。
漏電流
太陽能電池片可以分3層,即薄層(即N區),耗盡層(即PN結),體區(即P區),對電池片而言,始終是有一些有害的雜質和缺陷的,有些是硅片本身就有的,也有的是我們的工藝中形成的,這些有害的雜質和缺陷可以起到復合中心的作用,可以虜獲空穴和電子,使它們復合,復合的過程始終伴隨著載流子的定向移動,必然會有微小的電流產生,這些電流對測試所得的暗電流的值是有貢獻的,由薄層貢獻的部分稱之為薄層漏電流,由體區貢獻的部分稱之為體漏電流。
測試暗電流的目的
(1)防止擊穿
如果電池片做成組件時,電池片的正負極被接反,或者組件被加上反偏電壓時,由于電池片的暗電流過大,電流疊加后會迅速的將電池片擊穿,不過這樣的情況很少發生,所以測試暗電流在這方面作用不是很大。
(2)監控工藝
當電池片工藝流程結束后,可以通過測試暗電流來觀察可能出現的工藝的問題,前面說過,暗電流是由反向飽和電流和薄層漏電流以及體漏電流組成的,分別用J1,J2,J3表示,當我們給片子加反偏電壓時,暗電流隨電壓的升高而升高,分3個區,1區暗電流由J2起支配作用,2區由J3起支配作用,3區由J1起支配作用,3個區的分界點由具體的測試電壓而決定的。為什么暗電流會隨電壓升高而增大呢?當有電壓加在片子上時,對硅片有了電注入,電注入激發出非平衡載流子,電壓越大激發的非平衡載流子越多,形成的暗電流越大,暗電流的增長速度隨電壓越大而變慢,直到片子被擊穿。一般我們測試暗電流的標準電壓為12V,測得的曲線和標準的曲線相比后,可以的出片子的基本情況。如在1區發現暗電流過大則對應的薄層區出了問題,2區暗電流過大,說明問題出在體區,同樣3區出現問題,說明PN做的有問題,擴散,絲網印刷,溫度等參數都會影響暗電流,只要知道哪出了問題,就可以根據這去找出問題的原因,所以測試暗電流對工藝的研究是很有用的。
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