CN103618008B - 太阳能电池板、其制备方法及包含其的太阳能电池 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种太阳能电池板、其制备方法及包含其的太阳能电池。该太阳能电池板包括硅片以及设置在硅片上的氮化硅膜。其中，氮化硅膜包括第一氮化硅层与第二氮化硅层；第一氮化硅层形成在硅片上；第二氮化硅层形成在第一氮化硅层上；且第二氮化硅层的折射率大于第一氮化硅层的折射率。本发明的太阳能电池板中，在硅片表面设置具有两层结构的氮化硅膜，并使位于外层的第二氮化硅层的折射率大于第一氮化硅层的折射率。能够增加氮化硅膜表面对紫外线的阻挡作用，进而使进入氮化硅膜的紫外线强度减弱。这就能够在一定程度上阻止进入的紫外线激活氮化硅膜内部的K0基团，进而减少电荷俘获中心的产生，从而降低太阳能电池的光致衰减问题。

Description

太阳能电池板、其制备方法及包含其的太阳能电池
技术领域
本发明涉及太阳能电池制造领域，具体而言，涉及一种太阳能电池板、其制备方法及包含其的太阳能电池。
背景技术
随着能源紧缺问题日益严重，太阳能电池的开发和应用越来越受重视。太阳能电池的制造多以硅材料为基础，通过在材料中掺杂硼元素形成N型半导体，进一步形成制备太阳能电池板的硅片。在硅材料的制备过程中，由于加热硅液用的石英坩埚中含有氧杂质，这些氧杂质不可避免地会被带入硅材料中，进而会被带入硅片中。
当太阳能电池处于光照环境时，硅片中的氧杂质易与硼和杂质铁发生复合，形成B-O和Fe-B复合体。这些复合体的产生会导致太阳能电池的开路电压和短路电流的衰减，使得太阳能电池在长时间的工作后，其电池效率大大下降，最终影响太阳能电池的使用寿命。
为解决上述问题，现有的方法主要有以下几种：
1）以PECVD法在硅片表面镀氮化硅钝化层，进而降低太阳能电池的光致衰减。但是，现有的上述氮化硅膜的表面的折射率过低，对紫外光的阻挡能力过低。这样会使部分紫外光抵达氮化硅膜靠近硅片的内部。这些紫外光能够激活氮化硅膜内部的K0基团（·Si≡N3），使硅片表面的悬挂键产生电荷俘获中心。这种缺陷亦会导致太阳能电池的衰减问题。
2）在形成上述1）所指出的硅片镀氮化硅膜之前，进一步在硅片表面生长一层5nm厚的AlOx作为钝化层，或者热氧氧化生产一层SiO2钝化层。这些钝化层都能对硅片中的缺陷、杂质以及氮化硅膜中K0基团起到良好的钝化效果，从而有效抑制太阳能电池的光致衰减。但是这种方法需要增加一道工序，而且要购买昂贵的设备和辅助材料，增加了人力、物力成本。
3）采用高截止紫外线的EVA材料对太阳能电池进行封装，该方法虽然能在一定程度上减少到达硅片表面的紫外线，但是也没有从根本上解决光致衰减的问题。
由于上述原因，使得如何以一种简单有效的方法降低太阳能电池的光致衰减成为了一个重点和难点。
发明内容
本发明旨在提供一种太阳能电池板、其制备方法及包含其的太阳能电池，以解决现有技术中太阳能电池的光致衰减严重的问题。
为了实现上述目的，根据本发明的一个方面，提供了一种太阳能电池板，包括硅片以及设置在硅片上的氮化硅膜，其中，氮化硅膜包括第一氮化硅层与第二氮化硅层；第一氮化硅层形成在硅片上；第二氮化硅层形成在第一氮化硅层上；且第二氮化硅层的折射率大于第一氮化硅层的折射率。
进一步地，上述第一氮化硅层的折射率为2.01～2.08；第二氮化硅层的折射率为2.15～2.2。
进一步地，上述第一氮化硅层的折射率为2.06；第二氮化硅层的折射率为2.19；氮化硅膜的折射率为2.16。
进一步地，上述氮化硅膜的厚度为70～90nm，第一氮化硅层的厚度为40～50nm。
根据本发明的另一方面，提供了一种太阳能电池板的制备方法，包括在硅片表面设置氮化硅膜的步骤，其中，在硅片表面设置氮化硅膜的步骤包括：在硅片上设置第一氮化硅层；在第一氮化硅层上设置折射率大于所述第一氮化硅层的折射率的第二氮化硅层。
进一步地，上述第一氮化硅层和第二氮化硅层通过在PECVD装置中调整沿硅片的行进方向不同位置的各组进气管中氨气与硅烷的流量比形成，通过使各组进气管中氨气与硅烷的流量比不同实现第二氮化硅层的折射率大于第一氮化硅层的折射率。
进一步地，上述PECVD装置中包括六组进气管，前三组进气管中氨气的流量为350～450sccm，且氨气与硅烷的流量比为1.6～2.5；后三组进气管中氨气的流量为350～450sccm，且氨气与硅烷的流量比为1.4～2.14。
进一步地，前三组进气管中，氨气的流量为400sccm，硅烷的流量为200sccm；后三组进气管中，氨气的流量为400sccm，硅烷的流量为230sccm。
进一步地，PECVD装置中硅片的传输速度为205～215cm/min，第一氮化硅层和第二氮化硅层的沉积温度为300～400℃。
根据本发明的另一方面，还提供了一种太阳能电池，包括太阳能电池板，其中，太阳能电池板为上述的太阳能电池板。
应用本发明的太阳能电池板、其制备方法及包含其的太阳能电池。在硅片表面设置具有两层结构的氮化硅膜，并使位于外层的第二氮化硅层的折射率大于第一氮化硅层的折射率。这能够增加氮化硅膜表面对紫外线的阻挡作用，进而使进入氮化硅膜的紫外线强度减弱。这就能够在一定程度上阻止进入的紫外线激活氮化硅膜内部的K0基团，进而减少电荷俘获中心的产生，从而降低太阳能电池的光致衰减问题。此外，设置两层不同折射率的氮化硅层，能够在外层氮化硅层高效阻挡紫外线的同时，利用内层氮化硅层较低的折射率增加其他光线的透过强度。从而能够抑制太阳能电池片的光致衰减的同时，还能使其保持相对较高的光电转换效率。
附图说明
构成本申请的一部分的说明书附图用来提供对本发明的进一步理解，本发明的示意性实施例及其说明用于解释本发明，并不构成对本发明的不当限定。在附图中：
图1示出了本发明实施例7与对比例1中所制备的太阳能电池板的效率衰减对比图；
图2示出了本发明对比例1中所制备的太阳能电池板的光谱响应内量子效率图；以及
图3示出了本发明实施例7中所制备的太阳能电池板的光谱响应内量子效率图。
其中，L1为本发明实施例7中所制备的太阳能电池板不同辐照量后的效率衰减；L2为本发明对比例1中所制备的太阳能电池板不同辐照量后的效率衰减。
具体实施方式
需要说明的是，在不冲突的情况下，本申请中的实施例及实施例中的特征可以相互组合。下面将参考附图并结合实施例来详细说明本发明。
为了解决现有技术中太阳能电池光致衰减的问题，本发明发明人提供了一种太阳能电池板，包括硅片以及设置在硅片上的氮化硅膜，其中，氮化硅膜包括第一氮化硅层和第二氮化硅层。第一氮化硅层形成在硅片上，第二氮化硅层形成在第一氮化硅层上。且第二氮化硅层的折射率大于第一氮化硅层的折射率。
本发明所提供的这种太阳能电池板中，在硅片表面设置具有两层结构的氮化硅膜，并使位于外层的第二氮化硅层的折射率大于第一氮化硅层的折射率，以增加氮化硅膜表面对紫外线的阻挡作用，进而使进入氮化硅膜的紫外线强度有效减弱。这就能够在一定程度上阻止进入的紫外线激活氮化硅膜内部的K0基团，进而减少电荷俘获中心的产生。从而降低太阳能电池的光致衰减问题。此外，设置两层不同折射率的氮化硅层，能够在外层氮化硅层高效阻挡紫外线的同时，利用内层氮化硅层较低的折射率相对增加其他光线的透过强度。从而在抑制太阳能电池片的光致衰减的同时，还能使其保持相对较高的光电转换效率。
本发明所提供的这种太阳能电池板中，只要将氮化硅膜设置为第二氮化硅层的折射率大于第一氮化硅层的折射率，就能在一定程度上抑制太阳能电池板的光致衰减。在本发明的一种优选的实施方式中，第一氮化硅层的折射率为2.01～2.08，第二氮化硅层的折射率为2.15～2.2。在上述折射率的匹配之下，氮化硅膜的外层氮化硅层能有效遮挡紫外光。同时，进入氮化硅膜的其他光线能够在氮化硅膜的减反射作用下到达硅片内部，用以完成光电转换。能够同时保证太阳能电池的高的光电转换效率和低的光致衰减问题。
本发明所提供的这种太阳能电池板中，只要将第一氮化硅层与第二氮化硅层的折射率设置在上述范围，便能明显改善太阳能电池的光致衰减问题。在一种优选的实施方式中，第一氮化硅层的折射率为2.06；第二氮化硅层的折射率为2.19；氮化硅膜的整体折射率为2.16。在这种条件下，不仅匹配了两层氮化硅层的折射率，更将氮化硅膜的整体折射率与每层的折射率匹配起来。这能够进一步在减弱太阳能电池低的光致衰减问题的同时，保持太阳能电池的高的光电转换效率。
本发明所提供的上述太阳能电池板中，硅片上氮化硅膜的厚度可以与现有技术中记载的相同，一种优选的方式中，氮化硅膜的厚度为70～90nm。更优选的方式中，将第一氮化硅层的厚度设置为40～50nm。将氮化硅膜的厚度设置在上述范围，有利于保证除紫外线外的其他光线的进入量，从而保证太阳能电池的光电转换效率。进一步地，将第一氮化硅层的厚度设置为40～50nm，能够进一步保证紫外线以外的其他光线的透过率，从而保证太阳能电池板的光电转换效率。
另外，本发明还提供了一种太阳能电池板的制备方法，包括在硅片表面设置氮化硅膜的步骤，其中，在硅片表面设置氮化硅膜的步骤包括：在硅片上设置第一氮化硅层；在第一氮化硅层上设置折射率大于第一氮化硅层的折射率的第二氮化硅层。
利用上述方法形成的太阳能电池板，由于硅片外层的氮化硅层的折射率更高，使得硅片表面对紫外线的阻挡作用更强，进而使进入氮化硅膜的紫外线强度有效减弱。这就能够在一定程度上阻止进入的紫外线激活氮化硅膜内部的K0基团，进而减少电荷俘获中心的产生。从而降低太阳能电池的光致衰减问题。此外，由于硅片内层的氮化硅层的折射率相对较低，能够保证其他光线的透过率，从而保证太阳能电池板的光电转换效率。
本发明所提供的上述太阳能电池板，可以采用PECVD法在硅片表面进行氮化硅沉积。一种优选的实施方式中，第一氮化硅层和第二氮化硅层通过在PECVD装置中调整沿硅片的行进方向上不同位置的各组进气管中氨气与硅烷的流量比形成，通过使各组进气管中氨气与硅烷的流量比不同实现第二氮化硅层的折射率大于第一氮化硅层的折射率。
采用上述方法时，氮化硅的沉积温度与硅片的传输速度恒定不变，只要在硅片的行进方向上，将氨气与硅烷的流量比先大后小的设置，就能够在硅片上形成上述氮化硅膜。且该氮化硅膜中两层氮化硅层没有明显界限，仅是因为折射率的改变将其分为第一氮化硅层和第二氮化硅层。这种方法操作简单，效果明显。其所形成的太阳能电池板既保持了较高的光电转换效率，又具有较弱的光致衰减问题。
根据本发明的教导，本领域技术人员能够合理地拟定氨气与硅烷的具体流量。在一种优选的实施方式中，前三组进气管中氨气的流量为350～450sccm，且氨气与硅烷的流量比为1.6～2.5；后三组进气管中氨气的流量为350～450sccm，且氨气与硅烷的流量比为1.4～2.14。将两种气体的流量设置在上述范围，能够促使硅片在行进过程中，通过前三组气体的沉积，形成折射率为2.01～2.08第一氮化硅层；通过后三组气体的沉积，形成折射率为2.15～2.2第二氮化硅层。通过这样的一次成型，便能有效减弱太阳能电池板的光致衰减问题。该方法操作简单且行之有效。
优选地，前三组进气管中，氨气的流量为400sccm，硅烷的流量为200sccm；后三组进气管中，氨气的流量为400sccm，硅烷的流量为230sccm。采用上述的气体流量，所形成的氮化硅膜中，第一氮化硅层的折射率能够达到2.06，第二氮化硅层的折射率能够达到2.19。这样的硅片，其表面能够更有效地遮挡紫外光。同时，在氮化硅膜的减反射作用下到达硅片内部的光线更强。使得太阳能电池板更好地保持了光电转换效率，同时具有更弱的光致衰减问题。
在上述的制备方法中，沉积温度和传输速度均可以恒定不变，也可以采用现有技术中的条件。优选地，PECVD装置中硅片的传输速度为205～215cm/min，第一氮化硅层和所述第二氮化硅层的沉积温度为300～400℃。在该沉积温度和硅片传输速度下进行氮化硅沉积，能够同时保证氮化硅膜的形成速率和厚度。且在上述条件下形成的两层氮化硅层，他们的折射率与厚度更为匹配。能够减轻太阳能电池板的光致衰减问题外，保持较高的光电转换效率。
另外，本发明还提供了一种太阳能电池，包括太阳能电池板，其中，太阳能电池板为上述的太阳能电池板。这种太阳能电池中，通过在形成太阳能电池板的硅片上设置上述氮化硅膜，能够有效地改善太阳能电池的光致衰减问题，同时，还能够保持较高的光电转换效率。
以下结合具体实施例对本发明作进一步详细描述，这些实施例不能理解为限制本发明所要求保护的范围。
实施例1
以PECVD法在硅片表面上沉积氮化硅膜。具体工艺流程为，设定沉积温度为300℃，载舟片传输速度为205cm/min，将六组进气管中的气体流量设置为如下流量：
1 2 3 4 5 6
NH3/sccm 460 460 460 460 460 460
SiH4/sccm 170 170 170 200 200 200
经过上述工艺流程，得到设有氮化硅膜的硅片，并以该硅片制备太阳能电池板。
实施例2
以PECVD法在硅片表面上沉积氮化硅膜。具体工艺流程为，设定沉积温度为300℃，载舟片传输速度为205cm/min，将六组进气管中的气体流量设置为如下流量：
1 2 3 4 5 6
NH3/sccm 450 450 450 450 450 450
SiH4/sccm 180 180 180 210 210 210
经过上述工艺流程，得到设有氮化硅膜的硅片，并以该硅片制备太阳能电池板。
实施例3
以PECVD法在硅片表面上沉积氮化硅膜。具体工艺流程为，设定沉积温度为400℃，载舟片传输速度为215cm/min，将六组进气管中的气体流量设置为如下流量：
1 2 3 4 5 6
NH3/sccm 400 400 400 400 400 400
SiH4/sccm 180 180 180 210 210 210
经过上述工艺流程，得到设有氮化硅膜的硅片，并以该硅片制备太阳能电池板。
实施例4
以PECVD法在硅片表面上沉积氮化硅膜。具体工艺流程为，设定沉积温度为400℃，载舟片传输速度为205cm/min，将六组进气管中的气体流量设置为如下流量：
1 2 3 4 5 6
NH3/sccm 450 450 450 450 450 450
SiH4/sccm 200 200 200 220 220 220
经过上述工艺流程，得到设有氮化硅膜的硅片，并以该硅片制备太阳能电池板。
实施例5
以PECVD法在硅片表面上沉积氮化硅膜。具体工艺流程为，设定沉积温度为400℃，载舟片传输速度为205cm/min，将六组进气管中的气体流量设置为如下流量：
1 2 3 4 5 6
NH3/sccm 350 350 350 350 350 350
SiH4/sccm 220 220 220 250 250 250
经过上述工艺流程，得到设有氮化硅膜的硅片，并以该硅片制备太阳能电池板。
实施例6
以PECVD法在硅片表面上沉积氮化硅膜。具体工艺流程为，设定沉积温度为400℃，载舟片传输速度为205cm/min，将六组进气管中的气体流量设置为如下流量：
1 2 3 4 5 6
NH3/sccm 430 430 430 430 430 430
SiH4/sccm 220 220 220 250 250 250
经过上述工艺流程，得到设有氮化硅膜的硅片，并以该硅片制备太阳能电池板。
实施例7
以PECVD法在硅片表面上沉积氮化硅膜。具体工艺流程为，设定沉积温度为400℃，载舟片传输速度为205cm/min，将六组进气管中的气体流量设置为如下流量：
1 2 3 4 5 6
NH3/sccm 400 400 400 400 400 400
SiH4/sccm 200 200 200 230 230 230
经过上述工艺流程，得到设有氮化硅膜的硅片，并以该硅片制备太阳能电池板。
对比例1
以PECVD法在硅片表面上沉积氮化硅膜。具体工艺流程为，设定沉积温度为400℃，载舟片传输速度为205cm/min，将六组进气管中的气体流量设置为如下流量：
经过上述工艺流程，得到设有氮化硅膜的硅片，并以该硅片制备太阳能电池板。
对比例2
以PECVD法在硅片表面上沉积氮化硅膜。具体工艺流程为，设定沉积温度为500℃，载舟片传输速度为190cm/min，将六组进气管中的气体流量设置为如下流量：
经过上述工艺流程，得到设有氮化硅膜的硅片，并以该硅片制备太阳能电池板。
对上述实施例和对比例中所制备的太阳能电池板的光致衰减程度与光电转换效率进行表征。
测试方法：
（1）各氮化硅层的厚度：采用SE400advanced椭偏仪对上述硅片中氮化硅膜的厚度及各氮化硅层的厚度进行表征；
（2）光电转换效率：采用Halm测试系统测试刚制备的太阳能电池板的开路电压（Uoc）、短路电流（Isc）、串联电阻（Rs）、并联电阻（Rsh）、填充因子（FF）、转换效率（Eta），进而表征太阳能电池板的光电转换效率；
（3）效率衰减值：采用GP sun-test设备中用600W的卤素灯光源照射太阳能电池板。在辐照分别为5kWh、10kWh及15kWh后，测试太阳能电池板的效率衰减值。
（4）光谱响应内量子效率：采用PV tools测试太阳能电池板的光谱响应内量子效率。
测试结果：
（1）本发明实施例7与对比例1所制备的太阳能电池板不同辐照量后的效率衰减如图1所示，其中，L1为实施例7的结果，L2为对比例1的结果；
本发明对比例1中所制备的太阳能电池板的光谱响应内量子效率如图2所示；
本发明实施例7中所制备的太阳能电池板的光谱响应内量子效率如图3所示。
由上述内容可知，采用本发明的制备方法太阳能电池板，其光致衰减的问题有效减弱。同时，还保持了较高的光电转换效率；
更为特别地，从图2和图3可以看出，采用现有技术中的方法制备的太阳能电池，在经过15kWh的辐照后，内量子效率的短波响应明显变差；而采用本发明的方法制备的太阳能电池，在经过15kWh的辐照后，内量子效率的光谱响应基本保持不变。这更说明了采用本发明制备方法，能够有效抑制太阳能电池的光致衰减。
（2）本发明实施例1-7与对比例1和2所制备的硅片中氮化硅膜的厚度与折射率，太阳能电池的开路电压（Uoc）、短路电流（Isc）、串联电阻（Rs）、并联电阻（Rsh）、填充因子（FF）、转换效率（Eta）及不同辐照量后的效率衰减数据如表一、表二和表三所示：
表一：
表二：
Uoc/(V) Isc/(A) Rs(Ω) Rsh(Ω) FF（%） Eta（%）
实施例1 0.640 9.029 0.0024 3016 78.52 18.98
实施例2 0.642 9.146 0.0023 2998 78.46 19.32
实施例3 0.641 9.193 0.0022 2802 78.41 19.27
实施例4 0.637 9.251 0.0022 2612 78.27 19.31
实施例5 0.637 9.173 0.0021 2542 77.94 19.05
实施例6 0.638 9.133 0.0020 2408 78.66 19.17
实施例7 0.641 9.192 0.0020 1898 78.76 19.43
对比例1 0.641 9.244 0.0024 1963 78.65 19.50
对比例2 0.640 9.179 0.0025 3655 78.41 19.37
表三：
从以上的数据中，可以看出，本发明上述的实施例实现了如下技术效果：
采用本发明实施例中的制备方法所制备的太阳能电池板，其三种辐照量后的效率衰减均小于对比例中所制备的太阳能电池板。表明本发明的制备方法能够有效抑制太阳能电池板的光致衰减。同时，本发明实施例中所制备的太阳能电池板，其光电转换效率与对比例中所制备的太阳能电池板相当，表明本发明的制备方法能够保持太阳能电池板的光电转换效率；
特别地，将前三组进气管中氨气的流量设为350～450sccm，且氨气与硅烷的流量比为1.6～2.5；将后三组进气管中氨气的流量设为350～450sccm，且氨气与硅烷的流量比为1.4～2.14时；将沉积温度设为400℃；将硅片传输速度设为205cm/min时，所制备的太阳能电池板的光致衰减问题得到了更有效地改善。同时，更好地保持了其光电转换效率。
以上所述仅为本发明的优选实施例而已，并不用于限制本发明，对于本领域的技术人员来说，本发明可以有各种更改和变化。凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims (10)

1.一种太阳能电池板，包括硅片以及设置在所述硅片上的氮化硅膜，其特征在于，所述氮化硅膜包括：
第一氮化硅层，形成在所述硅片上；
第二氮化硅层，形成在所述第一氮化硅层上；
所述第二氮化硅层的折射率大于所述第一氮化硅层的折射率。
2.根据权利要求1所述的太阳能电池板，其特征在于，所述第一氮化硅层的折射率为2.01～2.08；所述第二氮化硅层的折射率为2.15～2.2。
3.根据权利要求2所述的太阳能电池板，其特征在于，所述第一氮化硅层的折射率为2.06；所述第二氮化硅层的折射率为2.19；所述氮化硅膜的折射率为2.16。
4.根据权利要求1所述的太阳能电池板，其特征在于，所述氮化硅膜的厚度为70～90nm，所述第一氮化硅层的厚度为40～50nm。
5.一种太阳能电池板的制备方法，包括在硅片表面设置氮化硅膜的步骤，其特征在于，在所述硅片表面设置氮化硅膜的步骤包括：
在所述硅片上设置第一氮化硅层；
在所述第一氮化硅层上设置折射率大于所述第一氮化硅层的折射率的第二氮化硅层。
6.根据权利要求5所述的方法，其特征在于，所述第一氮化硅层和所述第二氮化硅层通过在PECVD装置中调整沿硅片的行进方向不同位置的各组进气管中氨气与硅烷的流量比形成，通过使各组进气管中氨气与硅烷的流量比不同实现所述第二氮化硅层的折射率大于所述第一氮化硅层的折射率。
7.根据权利要求6所述的方法，其特征在于，所述PECVD装置中包括六组进气管，前三组进气管中所述氨气的流量为350～450sccm，且所述氨气与所述硅烷的流量比为1.6～2.5；后三组进气管中所述氨气的流量为350～450sccm，且所述氨气与所述硅烷的流量比为1.4～2.14。
8.根据权利要求7所述的方法，其特征在于，前三组进气管中，所述氨气的流量为400sccm，所述硅烷的流量为200sccm；后三组进气管中，所述氨气的流量为400sccm，所述硅烷的流量为230sccm。
9.根据权利要求6所述的方法，其特征在于，所述PECVD装置中硅片的传输速度为205～215cm/min，所述第一氮化硅层和所述第二氮化硅层的沉积温度为300～400℃。
10.一种太阳能电池，包括太阳能电池板，其特征在于，所述太阳能电池板为权利要求1至4中任一项所述的太阳能电池板。
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