CN103700714A - 高效PID Free的太阳能单晶硅电池的钝化减反射膜 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及一种高效PID Free的太阳能单晶硅电池的钝化减反射膜，所述钝化减反射膜底层为SiO2层，折射率为1.45-1.58，厚度为2-30nm，中间层为高折射率钝化SiNx层，折射率为1.90-2.30，厚度为2-30nm，顶层为电性能优化SiNx层，折射率为1.90-2.20，厚度为4-50nm。该高效PIDFree的太阳能单晶硅电池的钝化减反射膜既可以优化单晶硅电池的电性能，又可以从电池端有效地降低PID衰减，可以提高转换效率15-20%，具有较大的经济效益。

Description

高效PID Free的太阳能单晶硅电池的钝化减反射膜
技术领域
本发明涉及太阳能电池领域，尤其涉及一种高效PID Free的太阳能单晶硅电池的钝化减反射膜。
背景技术
目前，作为一种清洁无污染的能源，人类对太阳能电池（光电材料）的研究开发进入了一个新的阶段。2005年Sunpower首先在太阳能组件中发现PID（potential induced degradation）效应。在长期高电压作用下，组件中玻璃和封装材料之间存在漏电现象，使得大量电荷和Na+离子富集在电池片表面，造成先是表面钝化减反射膜失效，然后PN结失效，最终使得组件性能降低，远低于设计标准。2010年，NREL和Solon证实无论组件采用何种技术的P型晶硅电池片，组件在负偏压下都有PID的风险。传统工艺的P型太阳能晶硅组件都存在一定的PID失效问题，所以研究PID现象，研发出PID Free的晶硅电池片是广大太阳能厂商研发部和部分科研院校的目标之一。目前较通用且较严格的是双85 PID测试，其测试条件为1000V的负电压，85℃的环境温度，85%的湿度，96h的测试时间，组件最终最大输出功率衰减比例小于5%就可判定为PID 测试合格，即PID Free。
目前为了有效降低PID Loss值，主要从电池、组件、系统三个方面来实现。从组件端来看，主要方法是使用特殊玻璃而非普通钠钙玻璃和高电阻率的封装材料做成，但这使得组件的成本大大提高；从系统端来看，主要方法是组件边框接地、逆变器直流段负极接地等，但这些方法只能缓慢PID衰减的速度；从电池端来看，改变电池片钝化减反射膜层的工艺是主要研究方向之一。目前，传统太阳能单晶硅电池表面的SiNx钝化减反射膜层几乎都因折射率较低使得PID衰减较为严重；或者为了追求PID Free，都是提高SiNx钝化减反射膜层的折射率，使得晶硅电池转换效率较常规工艺降低1-2%。
发明内容
本发明要解决的技术问题是：为了提供一种能够有效降低PID衰减、提高转换效率的高效PID Free的太阳能单晶硅电池的钝化减反射膜。
本发明解决其技术问题所采用的技术方案是：一种高效PID Free的太阳能单晶硅电池的钝化减反射膜，所述钝化减反射膜底层为SiO2层，SiO2层折射率为1.45-1.58，厚度为2-30nm，钝化减反射膜中间层为高折射率钝化SiNx层，高折射率钝化SiNx层折射率为1.90-2.30，厚度为2-30nm，钝化减反射膜顶层为电性能优化SiNx层，电性能优化SiNx层折射率为1.90-2.20，厚度为4-50nm。
传统工艺中，为了追求PID Free，都是采用提高SiNx钝化减反射膜层的折射率，这使得单晶硅电池转换效率较常规工艺降低1-2%，不仅大大提高了成本，效果也不好。发明人在经过研究后发现，在底层引入SiO2层，由于SiO2层较SiNx层有优良的导电性，可以将富集的一部分外来电荷引走，防止因电荷堆积而引起钝化减反射膜失效，而且SiO2层也可以提高单晶硅电池的Voc，降低钝化减反射层的整体折射率。而中间高折射率的钝化SiNx层可以进一步的降低PID衰减，顶层低折射率的电性能优化SiNx层可以提高钝化减反射膜的含H量，减小中间高折射率SiNx层对Isc和FF造成的负面影响，使银浆可以有效的蚀穿钝化减反射膜层。
另外，经研究表明，所述SiO2层折射率为1.45-1.58，厚度为2-30nm，所述高折射率钝化SiNx层折射率为1.90-2.30，厚度为2-30nm，所述电性能优化SiNx层折射率为1.90-2.20，厚度为4-50nm时，能够显著降低太阳能单晶硅电池的PID衰减，提高转换效率。
本发明的有益效果是：本发明高效PID Free的太阳能单晶硅电池的钝化减反射膜由于在底层引入了SiO2层，SiO2层可以将富集的一部分外来电荷引走，防止因电荷堆积而引起钝化减反射膜失效，降低钝化减反射膜的整体折射率，该钝化减反射膜既可以优化单晶硅电池的电性能，又可以从电池端有效地降低PID衰减，可以提高转换效率15-20%，具有较大的经济效益。
附图说明
下面结合附图和实施例对本发明进一步说明。
图1是本发明高效PID Free的太阳能单晶硅电池的钝化减反射膜的一较佳实施例的结构示意图；
图2是本发明高效PID Free的太阳能单晶硅电池的钝化减反射膜应用于传统P型太阳能单晶硅电池上的结构示意图；
图中：1.SiO2层，2.高折射率钝化SiNx层，3.电性能优化SiNx层。
具体实施方式
现在结合附图对本发明作进一步详细的说明。这些附图均为简化的示意图，仅以示意方式说明本发明的基本结构，因此其仅显示与本发明有关的构成。
如图1、图2所示，一种高效PID Free的太阳能单晶硅电池的钝化减反射膜，所述钝化减反射膜底层为SiO2层1，SiO2层1折射率为1.45-1.58，厚度为2-30nm，钝化减反射膜中间层为高折射率钝化SiNx层2，高折射率钝化SiNx层2折射率为1.90-2.30，厚度为2-30nm，钝化减反射膜顶层为电性能优化SiNx层3，电性能优化SiNx层3折射率为1.90-2.20，厚度为4-50nm。
该单晶硅电池的钝化减反射膜的制备方法包括以下几个步骤：
a、将原始硅片预处理，该预处理包括传统电池工艺中的制绒、扩散和刻蚀工艺；
b、使用PECVD设备在扩散面镀该钝化减反射膜，底层为SiO2层1，中间层为高折射率钝化SiNx层2，顶层为电性能优化SiNx层3；
c、使用传统电池印刷工艺印刷背电极、铝背场、正栅线和正电极，并烧结形成良好的欧姆接触。
现有的用于太阳能单晶硅电池的钝化减反射膜一般都采用一层SiNx层，折射率采用2.03，厚度为80Nnm，此时转换效率为18.85%，PID衰减值为96%。也有采用多层SiNx层的钝化减反射膜，第一层SiNx层折射率为2.38，厚度为10nm，第二层SiNx层折射率为2.20，厚度为28nm，第三层SiNx层折射率为2.0，厚度为42nm，此时，转换效率为17.72%，PID衰减值为92%。
本发明的钝化减反射膜应用于太阳能单晶硅电池中时，不仅转换效率高，还能有效地降低PID衰减值，经大量研究及实验，下面是几组优选的实施例：
实施例1：
底层为SiO2层1，折射率为1.45，厚度为20nm，中间层为高折射率钝化SiNx层2，折射率为2.20，厚度为40nm，顶层为电性能优化SiNx层3，折射率为2.00，厚度为20nm，此时转换效率为19.05%，衰减值为3.5%。
实施例2：
底层为SiO2层1，折射率为1.58，厚度为20nm，中间层为高折射率钝化SiNx层2，折射率为2.30，厚度为25nm，顶层为电性能优化SiNx层3，折射率为2.05，厚度为50nm，此时转换效率为18.90%，衰减值为0.8%。
实施例3：
底层为SiO2层1，折射率为1.52，厚度为8nm，中间层为高折射率钝化SiNx层2，折射率为2.18，厚度为28nm，顶层为电性能优化SiNx层3，折射率为2.05，厚度为45nm，此时转换效率为19.30%，衰减值为2%。
可见，太阳能单晶硅电池应用该钝化减反射膜可以明显降低PID衰减值，提高转换效率。
与现有技术相比，本发明高效PID Free的太阳能单晶硅电池的钝化减反射膜由于在底层引入了SiO2层1，SiO2层1可以将富集的一部分外来电荷引走，防止因电荷堆积而引起钝化减反射膜失效，降低钝化减反射膜的整体折射率，该钝化减反射膜既可以优化单晶硅电池的电性能，又可以从电池端有效地降低PID衰减，可以提高转换效率15-20%，具有较大的经济效益。
本发明基于传统单晶硅电池工艺，只改变钝化减反射膜的膜质结构，可与传统晶硅电池工艺兼容，对普通PECVD设备无特殊要求，易于实现，适用于规模化生产，也可运用于一些先进电池工艺，如：背钝化电池、N型双面电池、MWT电池等。 
以上述依据本发明的理想实施例为启示，通过上述的说明内容，相关工作人员完全可以在不偏离本项发明技术思想的范围内，进行多样的变更以及修改。本项发明的技术性范围并不局限于说明书上的内容，必须要根据权利要求范围来确定其技术性范围。

Claims (1)

1.一种高效PID Free的太阳能单晶硅电池的钝化减反射膜，其特征在于：所述钝化减反射膜底层为SiO2层（1），SiO2层（1）折射率为1.45-1.58，厚度为2-30nm，钝化减反射膜中间层为高折射率钝化SiNx层（2），高折射率钝化SiNx层（2）折射率为1.90-2.30，厚度为2-30nm，钝化减反射膜顶层为电性能优化SiNx层（3），电性能优化SiNx层（3）折射率为1.90-2.20，厚度为4-50nm。
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