Fenomenet med brune toner på overflaten av monokrystallinske silisiumskiver er et forklarlig prosesstrekk i solcelleindustrien, men det må bedømmes i kombinasjon med spesifikke produksjonskoblinger. Som kjernematerialet i fotovoltaiske celler gjennomgår monokrystallinske silisiumskiver mer enn ti prosesser under behandlingen, og overflatemorfologiendringene på forskjellige stadier påvirker direkte de visuelle egenskapene til sluttproduktet.
I krystallvekstprosessen har monokrystallinske silisiumstaver dyrket etter Czochralski-metoden vanligvis en sølvgrå-metallisk glans. Når du går inn i skjæringsprosessen, vil et skadelag på mikron-nivå dannes på overflaten av silisiumplaten kuttet av diamanttråd, og overflaten vil ha en jevn matt tekstur. Hvis en silisiumplate i denne grunnleggende tilstanden har en lokal brun tone, betyr det ofte at det er unormal forurensning, som kan være forårsaket av gjenværende skjærevæske eller feil kontroll av verkstedmiljøet.
Overflatefargingsfenomenet i sentrale prosessledd fortjener spesiell oppmerksomhet. I fosfordiffusjonsprosessen skal fosforsilisiumglasslaget (PSG) som dannes under høy temperatur normalt fremstå som lysegrått. Hvis det observeres brune rester, indikerer det vanligvis at beiseprosessen til defosfor silisiumglasset er utilstrekkelig. I følge et selskaps kvalitetsproblemanalyserapport for 2020, når syrekonsentrasjonen er 5 % lavere enn standardverdien, stiger PSG-restverdien til 13 %, og tydelige mørke flekker kan sees i EL-testen av de tilsvarende komponentene.
Interferensfargeutviklingsmekanismen til belegningsprosessen trenger spesiell forklaring. Den optiske tykkelsen av silisiumnitrid-anti-refleksjonsfilmen dannet av plasmaforsterket kjemisk dampavsetning (PECVD) er nøyaktig kontrollert for å oppnå ødeleggende interferens av spesifikke bølgelengder. Under normale prosessforhold skal det virke mørkeblått eller lilla. Når filmtykkelsesavviket overstiger ±3nm, kan en brun-rød fargetone vises. Denne fargeendringen er direkte relatert til lysabsorpsjonseffektiviteten til cellen. De målte dataene viser at et avvik på 5 nm i filmtykkelse vil forårsake en 0,3 % reduksjon i konverteringseffektivitet.
Overflateoksidasjon forårsaket av miljøfaktorer kan ikke ignoreres. Når silisiumskiver utsettes for et oksygenholdig miljø-, kan det dannes et naturlig oksidlag på ca. 0,2 nm per time ved romtemperatur. I et fuktig miljø vil den katalytiske effekten av metallurenheter akselerere oksidasjonsprosessen, og en fargeutviklingseffekt vil bli produsert etter dannelsen av et mikron-nivå oksidlag. Et tilfelle av et tredjeparts testbyrå viste at en gruppe sjøbårne moduler ble delvis oksidert på grunn av skadet emballasje. IV-kurven viste en 17 % økning i lekkasjestrøm, og det tilsvarende oksidasjonsområdet viste et typisk brunt-rødt ringmønster.
Unormal farging forårsaket av forurensning må undersøkes systematisk. Metallforurensning (som jern og kobber) kondenserer til overflaten etter sintringsprosessen, og danner metallsilicider som vises som brune flekker. I en kvalitetsulykke ved et solcelleanlegg i 2018, førte jernforurensning forårsaket av slitasje på transportbåndets lager, til at effektiviteten til hele modulen ble redusert med 2,8 %. Feilanalyse viste at Fe-innholdet i det forurensede området oversteg standarden med 100 ganger. Denne typen forurensning kan lokaliseres nøyaktig ved PL-avbildning eller SIMS-deteksjon.
For det brune fenomenet som finnes på stedet, anbefales det å ta i bruk en diagnostisk prosess på tre-nivåer: først utføre en visuell inspeksjon for å skille mellom generell farge og lokale flekker; for det andre, bruk et bærbart spektrofotometer for å oppdage filmparametere; og til slutt ta prøver for EDX-komponentanalyse. I en drift- og vedlikeholdssak med kraftstasjon ble den brune misfargingen på rammen forårsaket av PID-effekten bekreftet innen 48 timer gjennom denne prosessen, og reparasjoner ble utført i tide for å unngå tap av systemeffektivitet.
Bransjestandarder har klare bestemmelser for overflatefarging. IEC 61215-standarden krever at utseendet til komponentene ikke skal ha unormale fargeforskjeller som påvirker ytelsen, men tillater ensartede fargeendringer som ikke påvirker utdataegenskapene. I faktisk kvalitetskontroll anbefales det å kombinere EL-testing og effektivitetsverifisering for omfattende vurderinger for å unngå feilvurderinger forårsaket av kun å stole på visuell vurdering.
Fra perspektivet til produksjonsprosessoptimalisering har ledende selskaper etablert et digitalt fargestyringssystem. Gjennom nettbasert spektraldeteksjon og filmtykkelse lukket-sløyfekontroll er fargeavvik inkludert i SPC statistisk prosesskontroll. Etter at en TOPCon-produksjonslinje brukte dette systemet, falt andelen utseendefeil fra 0,7 % til 0,12 %. Denne teknologiske utviklingen markerer oppgraderingen og transformasjonen av solcelleproduksjon fra "ytelsesorientert-" til "ytelse og fremragende utseende".
