CN103762275A - 一种晶体硅太阳能电池片的衰减方法及衰减装置 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种晶体硅太阳能电池片的衰减方法，包括如下步骤：(1)在电池片的正面或/和背面沉积薄膜；(2)将至少2片所述电池片按正负极性循序层叠在一起，组成电池片组；(3)将步骤(1)的电池片组通入正向直流电流，电流密度为40~500mA/cm2，将电池片组的温度稳定在120~220℃；通电30~180分钟后，停止通电；(4)将电池片组冷却至室温；(5)进行光致衰减，即可得到晶体硅太阳能电池片。试验证明，采用本发明的方法前后获得的电池片的衰减比例分别为4.19%和1.76%，可见本发明的方法大大减缓了电池片的光致衰减现象，取得了意想不到的效果。

Description

一种晶体硅太阳能电池片的衰减方法及衰减装置
技术领域
本发明涉及一种晶体硅太阳能电池片的衰减方法及衰减装置，属于太阳电池领域。
背景技术
常规的化石燃料日益消耗殆尽，在现有的可持续能源中，太阳能无疑是一种最清洁、最普遍和最有潜力的替代能源。目前，在所有的太阳能电池中，晶体硅太阳能电池是得到大范围商业推广的太阳能电池之一，这是由于硅材料在地壳中有着极为丰富的储量，同时硅太阳能电池相比其他类型的太阳能电池，有着优异的电学性能和机械性能。因此，晶体硅太阳电池在光伏领域占据着重要的地位。由于商业应用的成本考虑，制造太阳电池使用的硅料中常含有杂质。目前，占有主要市场份额的P型晶体硅太阳电池，使用掺硼硅片作为原料，在硅片的生长时用石英坩埚作为硅料载体，在高温长晶过程中，石英坩埚中的氧元素会扩散到硅熔体中。使用这种硅片制作完成的晶体硅太阳电池组件，在光照后，通常会有1~5%的光致衰减。这是因为：在光照后，硅片中的掺杂剂硼和坩埚中的氧形成硼氧复合体，引起晶体硅太阳电池的光致衰减。在新制完成的太阳电池中，硼，氧杂质处于非激活状。在外加注入载流子的情况下，硼氧获得复合所需的能量，激活形成复合体，造成硅材料的少子寿命降低，影响了太阳电池片及其组件的电压、电流和转换效率。
针对上述问题，为了减少这种光致衰减，现有的方法有两种，一是使用镓掺杂片代替硼掺杂硅片；二是在硅晶体生长过程中外加磁场减少硅片中的氧含量。然而，这两种方法都需要使用原料价格更高的硅片，且运作成本较高，难以工业化应用。
发明内容
本发明目的是提供一种晶体硅太阳能电池片的衰减方法及衰减装置。
为达到上述目的，本发明采用的技术方案是：一种晶体硅太阳能电池片的衰减方法，包括如下步骤：
(1) 在电池片的正面或/和背面沉积薄膜；
所述电池片的正面沉积氮化硅薄膜，所述电池片的背面沉积氮化硅薄膜和氧化铝薄膜中的一种或两种；
(2) 将至少2片所述电池片按正负极性循序层叠在一起，组成电池片组；
(3) 将步骤(1)的电池片组通入正向直流电流，电流密度为40~500mA/cm2，将电池片组的温度稳定在120~220℃；通电30~180分钟后，停止通电；
(4) 将电池片组冷却至室温，即可得到晶体硅太阳能电池片。
上述技术方案中，所述步骤(1)中，薄膜的沉积方法为等离子气相沉积或者原子层沉积。
上述技术方案中，所述步骤(2)中，将5~50片电池片层叠在一起，形成电池片组。
优选的，所述步骤(3)中，将步骤(1)的电池片组通入正向直流电流，电流密度为100~200mA/cm2，将电池片组的温度稳定在160~180℃；通电60~100分钟后，停止通电。
上述技术方案中，所述步骤(4)中，自然冷却，将电池片组冷却至室温。
本发明同时请求保护一种晶体硅太阳能电池片的衰减装置，包括支架、电源，所述支架内设有至少1组衰减机构；
所述衰减机构包括设于支架上的上压板和下压板，以及驱动装置；所述上压板和下压板上下相对设置，其中一个压板和支架固定连接，另一个压板与所述驱动装置的输出端连接；
所述上压板和下压板的接触端均设有散热块，并通过散热块实现上下压合；
所述上压板和下压板的散热块分别通过导线与电源连接形成闭合回路；
所述支架上还设有散热风扇；
所述衰减装置还包括测温装置。
上述技术方案中，所述支架内设有2组衰减机构，2组衰减机构之间串联连接。
上述技术方案中，所述下压板和支架固定连接，上压板与所述驱动装置的输出端连接。
上述技术方案中，所述测温装置包括温度显示器和开口铜片，所述开口铜片与电池片组配合，其内设有至少1个热电偶。
本发明的工作原理如下：当给晶体硅太阳电池片通以正向电压时，当该正向电压超过电池片（硅片）中的杂质硼和氧的复合体的形成能时，硅片中形成硼氧复合体。而在电池片的表面镀有氮化硅或者氧化铝薄膜，这两种薄膜在制备时的反应气体中含有氢元素，氢元素在太阳电池的制作工艺完成后会保留在电池片的表面膜和硅体内；在给太阳电池通以正向电流时，当通入的电流密度的大小所提供的能量足够使电池片中的硼氧元素结合形成复合体时，实际通入过量的电流，同时过量的能量使得电池片的工作温度增加，促进硼氧复合体的形成的反应速度增加，温度越高，反应速度越快；此时氢元素也由于温度的增加获得能量与已经形成的硼氧复合体结合；硼氧复合体与氢结合对于少数载流子寿命的影响会减小，即对太阳电池的转换效率的影响会变小。
由于上述技术方案运用，本发明与现有技术相比具有下列优点：
1．本发明开发了一种晶体硅太阳能电池片的衰减方法，试验证明，采用本发明的方法前后获得的电池片的衰减比例分别为4.19%和1.76%，可见本发明的方法大大减缓了电池片的光致衰减现象，取得了意想不到的效果。
2．本发明的方法简单易行，且可以不改变使用的硅原料，大大降低了原料成本；同时，处理后的电池片性能稳定。
3．本发明的衰减装置结构简单，成本低廉，同时可以在短时间内对电池片组内的硼氧复合体进行激活钝化，可以实现减少晶体硅太阳电池衰减的大规模生产应用。
4．本发明的装置在上压板和下压板的接触端均设有散热块，并通过散热块实现上下压合，配合散热风扇，具有极好的散热效果，因而其实际处理能力较高，一般可以采用含有30片以上电池片的电池片组。
附图说明
图1是本发明实施例一的结构示意图；
图2是本发明实施例一中电池片组和开口铜片的结构示意图。
1、支架；2、散热块；3、散热风扇；4、气缸；5、电源；6、温度显示器；7、电池片组；8、开口铜片；9、热电偶。
具体实施方式
下面结合实施例对本发明作进一步描述：
实施例一
参见图1~2所示，一种晶体硅太阳能电池片的衰减装置，包括支架1、电源5，所述支架内设有至少1组衰减机构；
所述衰减机构包括设于支架上的上压板和下压板，以及驱动装置气缸4；所述上压板和下压板上下相对设置，其中一个压板和支架固定连接，另一个压板与所述驱动装置的输出端连接；
所述上压板和下压板的接触端均设有散热块2，并通过散热块实现上下压合；
所述上压板和下压板的散热块分别通过导线与电源连接形成闭合回路；
所述支架上还设有散热风扇3；
所述衰减装置还包括测温装置。
上述技术方案中，所述支架内设有2组衰减机构，2组衰减机构之间串联连接。
上述技术方案中，所述下压板和支架固定连接，上压板与所述驱动装置的输出端连接。
上述技术方案中，所述测温装置包括温度显示器6和开口铜片8，所述开口铜片与电池片组配合，其内设有3个热电偶9。
上下散热器块间堆叠放置电池片组7，电池片组压紧在散热快之间，压力通过气缸4的气压控制。散热块通过导线与电源相连接。参见图2所示，在电池片组的中央，放置有开口铜片8，在铜片的开口中放置热电偶9并与测温装置相连用以测试电池片组的温度。该装置设有两个单元结构，将独立散热片组通过串联接到电源5。每个散热片组有单独的测温热电偶连接到测温装置。
选用一种背面钝化的单晶硅电池片，其正面有三主栅线，镀有氮化硅膜，背面镀有氧化铝和氮化硅叠层膜。使用上述装置，将每30片电池片堆叠，分为两组放置于上述装置的散热快之间，并且用气缸夹紧。
实验开始时，通过电源电路输入给电池片组输入正向电流，正向电流密度大小为146mA/cm2。随着实验的进行，电池片组经过电流后开始发热，温度逐渐升高，逐渐降低通入的正向电流密度到104mA/cm2。大约10分钟后，电池片组温度稳定在170摄氏度。通电90分钟后，关闭电源，待电池片组冷却后取出。
测试电池片组通电前后的效率（一共有两组共计60片）。然后将通电后的电池片在室外曝晒，再次测试其效率，结果如下：
状态 Pmpp（W） Uoc（V） Isc（A） Rs（Ω） FF（%） NCell 衰减比例
通电前 4.608 0.6481 9.189 0.0032 77.37 19.28% -----
通电后 4.526 0.6451 9.105 0.0034 77.06 18.94% 1.76%
暴晒后 4.551 0.6482 9.131 0.0035 76.90 19.05% 1.19%
上表中，Pmpp是指最大功率，Uoc是指开路电压，Isc指短路电流，Rs为串联电阻，FF为填充因子，NCell为电池效率。
上表中，通电前为电池的最初效率，通电后为电池的最终效率，曝晒后效率稳定。电池片的衰减比例在2%以内。
作为对比试验，将同一批次的电池片不经过上述通电过程直接曝晒，测试曝晒前后的电池的效率如下：
状态 Pmpp（W） Uoc（V） Isc（A） Rs（Ω） FF（%） NCell 衰减比例
暴晒前 4.618 0.6496 9.185 0.0031 77.40 19.33% ----
暴晒后 4.503 0.6356 8.917 0.0032 76.41 18.52% 4.19%
上表中，曝晒前为电池的最初效率，曝晒后为电池的最终效率，曝晒后效率稳定。说明，不经过通电处理直接曝晒的电池片的衰减比例在4%以上。
上述实验结果表明：采用了本发明的方法之后，电池片的衰减比例大幅减小了。

Claims (9)

1.一种晶体硅太阳能电池片的衰减方法，其特征在于，包括如下步骤：
(1) 在电池片的正面或/和背面沉积薄膜；
所述电池片的正面沉积氮化硅薄膜，所述电池片的背面沉积氮化硅薄膜和氧化铝薄膜中的一种或两种；
(2) 将至少2片所述电池片按正负极性循序层叠在一起，组成电池片组；
(3) 将步骤(1)的电池片组通入正向直流电流，电流密度为40~500mA/cm2，将电池片组的温度稳定在120~220℃；通电30~180分钟后，停止通电；
(4) 将电池片组冷却至室温，即可得到晶体硅太阳能电池片。
2.根据权利要求1所述的衰减方法，其特征在于：所述步骤(1)中，薄膜的沉积方法为等离子气相沉积或者原子层沉积。
3.根据权利要求1所述的衰减方法，其特征在于：所述步骤(2)中，将5~50片电池片层叠在一起，形成电池片组。
4.根据权利要求1所述的衰减方法，其特征在于：所述步骤(3)中，将步骤(1)的电池片组通入正向直流电流，电流密度为100~200mA/cm2，将电池片组的温度稳定在160~180℃；通电60~100分钟后，停止通电。
5.根据权利要求1所述的衰减方法，其特征在于：所述步骤(4)中，自然冷却，将电池片组冷却至室温。
6.一种晶体硅太阳能电池片的衰减装置，包括支架(1)、电源(5)，其特征在于：所述支架内设有至少1组衰减机构；
所述衰减机构包括设于支架上的上压板和下压板，以及驱动装置；所述上压板和下压板上下相对设置，其中一个压板和支架固定连接，另一个压板与所述驱动装置的输出端连接；
所述上压板和下压板的接触端均设有散热块(2)，并通过散热块实现上下压合；
所述上压板和下压板的散热块分别通过导线与电源连接形成闭合回路；
所述支架上还设有散热风扇(3)；
所述衰减装置还包括测温装置。
7.根据权利要求6所述的晶体硅太阳能电池片的衰减装置，其特征在于：所述支架内设有2组衰减机构，2组衰减机构之间串联连接。
8.根据权利要求6所述的晶体硅太阳能电池片的衰减装置，其特征在于：所述下压板和支架固定连接，上压板与所述驱动装置的输出端连接。
9.根据权利要求6所述的晶体硅太阳能电池片的衰减装置，其特征在于：所述测温装置包括温度显示器(6)和开口铜片(8)，所述开口铜片与电池片组配合，其内设有至少1个热电偶(9)。
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