Fænomenet med brune toner på overfladen af monokrystallinske siliciumwafers er et forklarligt procestræk i solcelleindustrien, men det skal bedømmes i kombination med specifikke produktionsforbindelser. Som kernematerialet i fotovoltaiske celler gennemgår monokrystallinske siliciumskiver mere end ti processer under forarbejdningen, og overflademorfologiændringerne på forskellige stadier påvirker direkte slutproduktets visuelle egenskaber.
I krystalvækstprocessen har monokrystallinske siliciumstænger dyrket ved Czochralski-metoden normalt en sølvgrå-metallisk glans. Når man går ind i udskæringsprocessen, vil der dannes et skadelag på mikron-niveau på overfladen af siliciumwaferen skåret af diamanttråd, og overfladen vil have en ensartet mat tekstur. Hvis en siliciumwafer i denne grundlæggende tilstand har en lokal brun tone, betyder det ofte, at der er unormal forurening, som kan være forårsaget af resterende skærevæske eller ukorrekt kontrol af værkstedsmiljøet.
Fænomenet overfladefarvning i vigtige procesled fortjener særlig opmærksomhed. I fosfordiffusionsprocessen skal fosforsiliciumglaslaget (PSG) dannet under høj temperatur normalt fremstå lysegråt. Hvis der observeres brune rester, indikerer det normalt, at bejdseprocessen af defosforsiliciumglasset er utilstrækkelig. Ifølge en virksomheds kvalitetsproblemanalyserapport for 2020, når syrekoncentrationen er 5% lavere end standardværdien, stiger PSG-restraten til 13%, og tydelige mørke pletter kan ses i EL-testen af de tilsvarende komponenter.
Interferensfarveudviklingsmekanismen i belægningsprocessen kræver særlig forklaring. Den optiske tykkelse af siliciumnitrid-anti-refleksfilmen dannet af plasmaforstærket kemisk dampaflejring (PECVD) styres præcist for at opnå destruktiv interferens af specifikke bølgelængder. Under normale procesforhold skal det fremstå mørkeblåt eller lilla. Når filmtykkelsesafvigelsen overstiger ±3 nm, kan der forekomme en brun-rød nuance. Denne farveændring er direkte relateret til cellens lysabsorptionseffektivitet. De målte data viser, at en afvigelse på 5nm i filmtykkelse vil forårsage et 0,3% fald i konverteringseffektiviteten.
Overfladeoxidation forårsaget af miljøfaktorer kan ikke ignoreres. Når siliciumwafers udsættes for et iltholdigt- miljø, kan der dannes et naturligt oxidlag på omkring 0,2 nm i timen ved stuetemperatur. I et fugtigt miljø vil den katalytiske effekt af metalurenheder accelerere oxidationsprocessen, og en farveudviklingseffekt vil blive produceret efter dannelsen af et mikron-niveau oxidlag. Et tilfælde af et tredjepartstestbureau viste, at et parti søbårne moduler var delvist oxideret på grund af beskadiget emballage. IV-kurven viste en stigning på 17 % i lækstrøm, og det tilsvarende oxidationsområde viste et typisk brunt-rødt ringmønster.
Unormal farvning forårsaget af forurening skal undersøges systematisk. Metalforurening (såsom jern og kobber) kondenserer til overfladen efter sintringsprocessen og danner metalsilicider, der fremstår som brune pletter. Ved en kvalitetsulykke på et solcelleanlæg i 2018 bevirkede jernforurening forårsaget af slid på transportbåndslejet, at effektiviteten af hele partiet af moduler faldt med 2,8 %. Fejlanalyse viste, at Fe-indholdet i det forurenede område oversteg standarden med 100 gange. Denne type forurening kan lokaliseres nøjagtigt ved PL-billeddannelse eller SIMS-detektion.
For det brune fænomen, der findes på stedet, anbefales det at anvende en diagnostisk proces på tre-niveauer: Udfør først en visuel inspektion for at skelne mellem overordnet farve og lokale pletter; for det andet, brug et bærbart spektrofotometer til at detektere filmparametre; og til sidst tage prøver til EDX-komponentanalyse. I et tilfælde af drift og vedligeholdelse af kraftværker blev den brune misfarvning på rammen forårsaget af PID-effekten bekræftet inden for 48 timer gennem denne proces, og reparationer blev udført i tide for at undgå tab af systemeffektivitet.
Industristandarder har klare bestemmelser for overfladefarvning. IEC 61215-standarden kræver, at komponenternes udseende ikke må have unormale farveforskelle, der påvirker ydeevnen, men giver mulighed for ensartede farveændringer, der ikke påvirker outputkarakteristika. I egentlig kvalitetskontrol anbefales det at kombinere EL-test og effektivitetsverifikation for at opnå en omfattende bedømmelse for at undgå fejlvurderinger forårsaget af udelukkende at stole på visuel bedømmelse.
Ud fra produktionsprocesoptimeringens perspektiv har førende virksomheder etableret et digitalt farvestyringssystem. Gennem online spektral detektion og filmtykkelse lukket-sløjfekontrol er farveafvigelse inkluderet i SPC statistisk proceskontrol. Efter at en TOPCon-produktionslinje havde anvendt dette system, faldt antallet af defekte udseende fra 0,7 % til 0,12 %. Denne teknologiske udvikling markerer opgraderingen og transformationen af solcellefremstilling fra "ydeevne-orienteret" til "ydeevne og fremragende udseende".
