PL技術(shù)以其無損、快速的特點(diǎn)，為研究者們探測(cè)硅片體內(nèi)的結(jié)構(gòu)提供了豐富的信息。比如，前文提到的在2011年以前晶體硅生長(zhǎng)技術(shù)研究方向?yàn)榇缶Я５难芯空`區(qū)，很大程度上是因?yàn)楫?dāng)時(shí)業(yè)內(nèi)缺乏PL這類快速的無損檢測(cè)技術(shù)所造成的。如何去量化各種缺陷，建立一種類似少子壽命的硅片質(zhì)量評(píng)價(jià)指標(biāo)，是相關(guān)研究者們一直努力的方向。筆者認(rèn)為，需要充分結(jié)合電池技術(shù)的貢獻(xiàn)，考慮吸雜和鈍化對(duì)不同缺陷弱化作用，來給予各種缺陷一個(gè)綜合的評(píng)價(jià)指標(biāo)。

公式(2)

公式(2)中，xi代表某個(gè)種類的缺陷(或復(fù)合中心)，Ri代表考慮了電池吸雜和鈍化后的缺陷復(fù)合能力權(quán)重，Ci代表某個(gè)種類缺陷的數(shù)量，Defect_index代表自定義的缺陷因子，是無量綱值。因?yàn)殡姵毓に嚨淖兓?2)中的各個(gè)參數(shù)也可能會(huì)相應(yīng)進(jìn)行調(diào)整，以達(dá)到評(píng)價(jià)因子與電池效率(特別是Uoc)之間的最佳關(guān)聯(lián)關(guān)系。

圖(4)相同200片硅片制備成電池的轉(zhuǎn)換效率分別與裸硅片少子壽命(a)和PL缺陷密度值(b)的關(guān)系圖

筆者曾對(duì)200片硅片的裸片少子壽命和PL缺陷因子進(jìn)行了檢測(cè)，并制備成電池測(cè)試了電池效率，其對(duì)比結(jié)果如圖(4)所示。相比裸片少子壽命，從PL圖片中提煉出的缺陷密度值能更好地關(guān)聯(lián)電池效率。

3.2 硅片的晶向檢測(cè)技術(shù)

表(2)各種晶向檢測(cè)技術(shù)特征的歸納比較不同于單晶硅片單一的<100>晶向，多晶硅片的晶向是雜亂無章的。但研究者們對(duì)晶向與晶體缺陷生長(zhǎng)之間關(guān)系的研究從來沒有停止過，F(xiàn)ujiwara和Nakajima[13]曾報(bào)道了通過控制<112>和<110>晶向能有效調(diào)控晶體生長(zhǎng)初始階段的微結(jié)構(gòu)。但長(zhǎng)期以來，受制于晶向檢測(cè)技術(shù)的限制，該方面的研究工作很難系統(tǒng)開展起來。

表(2)匯總歸納了幾種已有的晶向檢測(cè)技術(shù)及其特征，X射線衍射、中子衍射、選區(qū)電子衍射均因檢測(cè)區(qū)域太小或受系統(tǒng)消光規(guī)律的限制，很難應(yīng)用于晶向隨機(jī)且樣品尺寸較大的多晶硅片晶向檢測(cè)，背散射衍射技術(shù)雖然能觀察幾個(gè)平方厘米的晶向分布，但制樣復(fù)雜，難以推廣應(yīng)用。

FraunhoferTHM和IISB研究所在2014年推出了一種勞埃法的X射線衍射技術(shù)，能對(duì)大尺寸的多晶硅片進(jìn)行晶粒分布面掃描，是該探測(cè)領(lǐng)域的一大突破，但該技術(shù)存在檢測(cè)時(shí)間長(zhǎng)(2~4h/pc)的缺點(diǎn)。最后一種光學(xué)反射方法是天合光能自主研發(fā)的可做晶向面掃的技術(shù)，對(duì)比已有的X射線衍射和背散射電子衍射等，該方法具有耗時(shí)短、樣品處理簡(jiǎn)單、測(cè)試面積大等優(yōu)點(diǎn)，非常適用于工業(yè)級(jí)的多晶硅晶向分析。

圖(5)是采用該方法針對(duì)一張多晶硅片晶向面掃描的結(jié)果。所有種類的晶向，按照彼此晶向夾角的差異，被人為地歸并為7個(gè)大類，并用不同的顏色標(biāo)示，各個(gè)晶向所占的面積比例得以定量的量化。

圖(5)采用光學(xué)反射法測(cè)試得到的多晶硅片(10×10 cm)晶向面掃描圖

4. 總結(jié)和展望

在科學(xué)研究者們的不懈努力下，各種新型的光伏電池結(jié)構(gòu)和制備技術(shù)不斷涌現(xiàn)，但無論是能革命硅晶體電池的Perovskite電池，還是CIGS、GaAs等薄膜電池，抑或是大幅減少硅用量的硅薄膜電池，短時(shí)間內(nèi)都無法撼動(dòng)以晶體硅為基體的傳統(tǒng)光伏電池的主流地位，其他電池會(huì)因?yàn)槠涓咝Щ蛉嵝缘忍攸c(diǎn)應(yīng)用于特殊場(chǎng)合，作為晶硅電池的補(bǔ)充而長(zhǎng)期存在。

對(duì)晶體硅這條奔騰不息的主流，其發(fā)展動(dòng)態(tài)則很難進(jìn)行預(yù)測(cè)。四年前，類單晶一度被看好，行業(yè)內(nèi)很少有人預(yù)測(cè)到類單晶的消失，同樣，也很少有人預(yù)測(cè)到高效多晶的到來，產(chǎn)業(yè)的發(fā)展受到眾多復(fù)雜因素(技術(shù)、設(shè)備、成本、市場(chǎng)等)的制約。未來晶體硅的發(fā)展方向是單晶、多晶還是類單晶?是P型還是N型?全依賴于晶硅如何與PERC、HIT或IBC等電池結(jié)構(gòu)進(jìn)行有效匹配，如何能獲得更高功率更強(qiáng)可靠性的組件，以及如何為終端用戶提供更高的發(fā)電量。

但從短期看，有兩點(diǎn)可以確定：(1)高效多晶由于其比類單晶和鑄錠多晶更低的位錯(cuò)密度，將會(huì)持續(xù)有廣闊的市場(chǎng)，其不斷優(yōu)化的工藝，還有進(jìn)一步提升硅片質(zhì)量的前景;(2)在線多晶硅表征技術(shù)和設(shè)備的開發(fā)，將為多晶電池和組件制造帶來效益，是科學(xué)研究者們努力的方向。