PERC电池的光致衰减（LID，Light Induced Degradation）问题，尤其是热辅助光衰（LeTID，Light elevated Temperature Induce Degradation）是近年来晶硅太阳电池技术领域关注的热点。随着PERC电池技术大规模产业化，清楚其光衰的原理并解决问题变得越来越紧迫。
国内外对于PERC电池的光衰机理以及解决方案一直在不断的研究中。在2012年最早发表的关于PERC电池LeTID研究的论文中认为，未知机理的LeTID光衰主要发生在多晶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微量的铜元素也会引起晶体硅电池的光衰现象。在第十三届CSPV大会上，中科院电工所王文静研究员详细介绍了2017年国际上对于PERC电池光衰研究的最新成果，以期对国内光伏产业在今后的技术方案选择上有所裨益。以下内容由王文静的演讲整理而来。
众所周知P型晶体硅电池普遍有光衰效应，但PERC电池相较于BSF电池的光衰更高，尤其是多晶PERC电池，光衰较常规多晶电池高6~10%左右。造成这一现象主要是由于PERC电池载流子行进路程加长，且两者吸杂过程存在区别，BSF电池为前磷和背铝吸杂，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衰减已经不是个新鲜的话题了，它主要是由电池片中的B-O（硼氧对）对引起的，通过降低硅片中的氧含量、采用掺Ga代替掺B、光照+退火等方法可以有效抑制光衰。国内外都已经有光照退火的恢复设备，且目前几乎所有单晶PERC电池厂家都已采用光照退火的方法抑制光衰。
（2）单晶PERC电池的LeTID光衰
今年最新研究报道显示，单晶PERC电池也存在光照热衰减效应，即LeTID光衰。
德国企业Q-CELL（如今被韩国韩华收购）做了一个实验，将其生产的几乎无光衰的Q.ANTUM单晶PERC电池（蓝线）、未经处理的普通单晶PERC电池（黑线）和经过光照退火的单晶PERC电池（红线）分别在25℃、75℃条件下的进行光衰测试。结果显示，在25℃时，经过光照退火后，确实可以有效降低光衰，然而当温度提升到75℃后，即使经过了光照退火处理，单晶PERC电池的光衰仍然较大，这也证明了单晶PERC电池的确存在LeTID光衰。
这一现象的证实也给了单晶PERC电池厂家一个提示，生产单晶PERC电池时，仍应注意考察其LeTID光衰是否存在，即高温长时间光照时单晶PERC电池是否存在光衰。同时，Q-CELL和Solar World均宣称可以制备无LeTID的单、多晶PERC电池，国内企业仍需加大研究力度，争取制备出无光衰的PERC电池。
多晶PERC电池的光衰研究
（1）多晶PERC电池的LeTID光衰
多晶PERC电池的光衰机理更为复杂，目前的研究认为，多晶PERC电池的光衰与热过程有关，随着温度的升高，多晶PERC电池的光衰加强，即LeTID光衰。
最近德国Konstanz大学发表了一篇报告，证实多晶PERC电池的LeTID光衰与B-O对并不完全相关。Konstanz大学做了三个实验对比，分别测试仅掺硼（B）的电池、掺硼并进行磷（P）吸杂的电池、掺镓（Ga）并进行磷吸杂的电池在不同温度下的少子寿命（少子寿命降低说明存在光衰现象）。结果发现，掺硼和掺镓的多晶PERC电池都存在LeTID光衰，只不过掺镓电池的LeTID小于掺硼电池；磷吸杂和非磷吸杂的电池都存在LeTID光衰，但是磷吸杂的电池中少子寿命更高。
（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
（2）LeTID减缓或恢复的方法
在制成电池之前，通过吸杂可以有效降低电池的光衰，包括磷吸杂、铝吸杂和磷铝吸杂三种；此外，降低烧结温度，以及减缓烧结的升降温过程，也有利于降低光衰，这是由于在高温下金属沉淀溶解导致金属离子扩散，形成较多的复合中心，快速冷却会使得金属离子“冻结”在晶格中形成较强的复合中心，导致光衰较强，而慢速冷却可以使金属离子。
而在电池已经形成后，LeTID经过长期辐照可以恢复，故可以通过光照退火处理，强光+高温处理可以快速恢复光衰。但是，在光照退火时，温度也不能过高，存在一个温度阈值，因为过高的加速恢复温度会导致二次光衰。烧结退火和激光退火均可改善电池的光衰，而激光退火可以加快光衰的恢复，实验显示激光退火+烧结退火可以彻底消除光衰。
光衰的最新研究成果——Cu（铜）光衰
今年德国Fraunhofer研究所在一篇研究铜掺杂硅片中光衰的报道中，进一步证实了Cu-LID的存在。Fraunhofer研究所通过测试同时具有Cu杂质和B-O对的P型直拉（Cz）单晶硅电池、仅具有Cu杂质而没有B-O对的区熔（Fz）单晶硅电池的少子寿命，结果显示，在Cz硅中铜杂质含量越高，光衰越严重，而Fz硅中即使没有B-O对，仍然存在光衰，这是由于铜所造成的光衰。此外，经过200℃暗退火处理，在短暂恢复后仍会再次造成退火光衰，进一步证明了Cu光衰的存在。
Fraunhofer研究所在另一篇对Cu光衰微观研究的报道中提到，晶界的∑数（指晶粒的混乱指数）越大，量子效率（EQE）变化越大，即光衰越不严重，∑>3（孪晶）的晶界光衰小于晶粒内部光衰。
此外，通过对PERC电池的正表面和背表面激光探测发现，部分晶界在正表面未出现光衰，而在背表面存在光衰，经测试证明发生光衰的晶界处存在Cu颗粒，而不衰减的晶界处不存在Cu颗粒。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P+（Al背场）吸杂，导致Cu富集，形成复合中心，从而致使PERC电池的光衰加强。
Bredemeier等人发现当使用较低的温度烧结（600℃）时电池光衰较低，而使用较高温度烧结（900℃）时会造成较强的光衰，低温二次退火（620℃~660℃）可以减少光衰。此外，Eberle等人发现快速冷却会导致较强的光衰，而慢速冷却导致较弱的光衰。这是由于高温处理会使Cu沉淀溶解为Cu原子，Cu原子是可激活杂质，导致Cu扩散到周围，光衰加强，而低温退火和慢速冷却会形成较大的Cu沉淀，降低光衰。
总结
PERC电池的光衰主要分为两类：一类是非金属光衰，即B-O对引起的光衰，通过退火即可消除，光照+退火（氢钝化）可永久消除，单晶PERC电池的B-O对光衰要高于多晶PERC电池；另一类是金属光衰（Cu、Fe及其他过渡金属），通过降低金属杂质、吸杂预处理、降低热处理温度、低温退火、减缓冷却速度、强光照+热处理可以降低光衰，PERC电池由于单面吸杂，其金属光衰高于BSF电池，而多晶PERC电池由于位错较多，金属光衰比单晶PERC电池更高一些。
此外，值得思考和探究的是，N型电池真的没有光衰吗？它不存在B-O对光衰，那么是否存在金属光衰呢？随着N型电池技术逐渐进步，其光衰研究也应该被重视起来。
来源：光伏們
