CN104064622A - 一种抗电势诱导衰减的太阳能电池片及其制作方法 - Google Patents
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Abstract
本发明实施例公开了一种抗电势诱导衰减的太阳能电池片及其制作方法，该方法包括：利用氧化性气体对硅片进行等离子体清洗，在所述硅片表面形成第一层氧化硅薄膜；在所述第一层氧化硅薄膜表面形成减反射膜，所述减反射膜至少包括一层氧化硅薄膜。由于氧化硅薄膜具有优越的电绝缘特性和减反射作用，因此，利用本发明实施例所提供的制作方法制作的太阳能电池片与封装材料以及玻璃基板等之间具有良好的电绝缘性，从而使得其相应的光伏组件具有抗电势诱导衰减效应，提高了所述光伏组件长期工作在高负压环境中的电性能。
Description
技术领域
本发明涉及太阳能电池制造技术领域，尤其涉及一种抗太阳能电池诱导衰减的太阳能电池片及其制作方法。
背景技术
太阳能是一种清洁能源，而光伏组件利用硅材料P-N结的光生伏特效应，将光能转化为电能的装置，包括：相对设置的玻璃背板和玻璃基板；设置在玻璃背板和玻璃基板之间的太阳能电池片；固定所述玻璃背板、太阳能电池片和玻璃基板的封装边框等。
传统的太阳能电池片制作工艺包括：制绒、扩散、刻蚀、化学气相沉积（即PECVD）、丝网印刷和烧结等过程。其中，制绒是指利用酸或碱在硅片表面腐蚀出不同的表面形貌，即表面织构化，从而减少光的反射率，提高短路电流，最终提高太阳能电池的光电转换效率；扩散是指对硅片进行杂质扩散，形成PN结，即半导体器件工作的“心脏”；刻蚀是将硅片的P型区域和N型区域隔绝开来；PECVD是借助微波或射频等，使含有薄膜组成原子的气体电离，形成等离子体，而等离子体的化学活性很强，很容易发生化学反应，从而在硅片表面沉积出所期望的减反射膜；丝网印数是指使用印刷刮刀上的胶条，使浆料通过带有图像或图案的丝网模板，对硅片表面进行印刷，形成印刷电极；烧结是指燃尽浆料中的有机组分，使浆料与硅片形成良好的欧姆结合粗。
但是，利用现有技术中太阳能电池制作工艺制作的光伏组件易出现电势诱导衰减（Potential Induced Potential，简称PID）效应，即所述光伏组件长期在高负电压的作用下，使得其玻璃基板、封装材料之间存在漏电流通道，大量电荷聚集在太阳能电池片的表面，而太阳能电池片表面累计的电荷会吸引光生载流子，产生漏电流，导致所述光伏组件的填充因子FF、短路电流Jsc、开路电压Voc等电性能参数降低，从而使所述光伏组件的电性能低于设计标准。
发明内容
为解决上述技术问题，本发明实施例提供了一种抗电势诱导衰减的太阳能电池片及其制作方法，利用该方法制作的太阳能电池片与外界封装材料以及玻璃基板之间具有良好的电绝缘特性，从而使得其相应光伏组件具有抗电势诱导衰减效应，提高了所述光伏组件长期工作在高负压环境中的电性能。
为解决上述问题，本发明实施例提供了如下技术方案：
一种抗电势诱导衰减的太阳能电池片的制作方法，包括：利用氧化性气体对硅片进行等离子体清洗，在所述硅片表面形成第一层氧化硅薄膜；在所述第一层氧化硅薄膜表面形成减反射膜，所述减反射膜至少包括一层氧化硅薄膜。
优选的，所述氧化性气体包括NH3和N2O中的至少一种。
优选的，所述等离子体清洗的时间范围为30S-900S，包括端点值。
优选的，在所述第一层氧化硅薄膜表面形成减反射膜包括：在所述第一层氧化硅薄膜表面沉积均匀的氧化硅薄膜，形成减反射膜。
优选的，在所述第一层氧化硅薄膜表面形成减反射膜包括：在所述第一层氧化硅薄膜表面沉积均匀的氧化硅薄膜；在所述氧化硅薄膜表面沉积均匀的氮化硅薄膜，形成减反射膜。
优选的，在所述第一层氧化硅薄膜表面形成减反射膜包括：在所述第一层氧化硅薄膜表面沉积均匀的氮化硅薄膜；在所述氮化硅薄膜表面沉积均匀的氧化硅薄膜，形成减反射膜。
优选的，在所述第一层氧化硅薄膜表面形成减反射膜包括：在所述第一层氧化硅薄膜表面沉积均匀的氧化硅薄膜；在所述氧化硅薄膜表面沉积均匀的氮化硅薄膜；在所述氮化硅薄膜表面沉积均匀的氧化硅薄膜，形成减反射膜。
优选的，所述减反射膜中氧化硅薄膜的沉积方法为PECVD、APCVD或LPCVD。
优选的，所述减反射膜中氧化硅薄膜的成膜气体包括N2O和SiH4，且N2O和SiH4的气体流量比例范围为1-50:1，包括端点值。
优选的，所述减反射膜中氧化硅薄膜的厚度范围为1nm-150nm，包括端点值。
优选的，所述减反射膜中氮化硅薄膜的沉积方法为PECVD、APCVD或LPCVD。
优选的，所述减反射膜中氮化硅薄膜的成膜气体为NH3和SiH4，且所述NH3和SiH4的气体流量比例范围为1-30:1，包括端点值。
优选的，所述减反射膜中氮化硅薄膜的厚度范围为10nm-150nm，包括端点值。
一种利用上述制作方法制作的太阳能电池片。
与现有技术相比，上述技术方案具有以下优点：
本发明实施例所提供的技术方案，首先利用氧化性气体对硅片进行等离子体清洗，从而在对所述硅片进行清洗的同时，在所述硅片的表面形成一层致密的第一层氧化硅薄膜，然后再在清洗完的硅片表面形成减反射膜，即在所述第一层氧化硅薄膜表面形成减反射膜，所述减反射膜至少包括一层氧化硅薄膜。由于氧化硅薄膜具有优越的电绝缘特性和减反射作用，因此，利用本发明实施例所提供的制作方法制作的太阳能电池片与封装材料以及玻璃基板等之间具有良好的电绝缘性，从而使得其相应的光伏组件具有抗电势诱导衰减效应，提高了所述光伏组件长期工作在高负压环境中的电性能。
附图说明
为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。
图1为本发明实施例所提供太阳能电池片的制作方法流程示意图；
图2-7为本发明实施例所提供的太阳能电池片的制作方法的剖面图。
具体实施方式
正如背景技术部分所述，利用现有技术中太阳能电池制作工艺制作的光伏组件易出现电势诱导衰减效应，导致其长期工作在高负压环境中时，FF、Jsc、Voc等电性能参数降低，低于设计标准。
发明人研究发现，导致电势诱导衰减效应的原因主要有两个：光伏组件系统和光伏组件。
在光伏组件系统方面，根据实际电站运行情况和研究表明，如果太阳能电池组件阵列中间一块太阳能电池组件和逆变器负极输出端之间的所有光伏组件处于负偏压下，则越靠近逆变器负极输出端的太阳能电池组件的电势诱导衰减现象越明显；如果太阳能电池组件阵列中间一块太阳能电池组件和逆变器正极输出端之间的所有组件处于正偏压下，则电势诱导衰减现象不明显。而所述太阳能电池组件及其太阳能电池片是工作在正偏压环境中还是负偏压环境中是由所述光伏组件系统的接地方式和所述光伏组件在太阳能电池组件阵列中的位置决定的。
在光伏组件方面，主要是由于外界环境条件，如温度和湿度等因素，使得所述光伏组件的封装材料、玻璃背板、玻璃基板和封装边框之间形成漏电流通道，从而使得太阳能电池片和接地边框之间形成漏电流，导致所述光伏组件的填充因子FF、短路电流Jsc、开路电压Voc等电性能参数降低，进而使所述光伏组件的电性能低于设计标准。
发明人还发现，现有技术中降低光伏组件的电势诱导衰减现象的方法主要是采用高体电阻及质量好的封装材料。虽然这种方法能够在一定程度上减弱电势诱导衰减现象，但是，会导致所述光伏组件的成本大量增加。
基于上述研究的基础上，本发明实施例提供了一种抗电势诱导衰减的太阳能电池片及其制作方法。其中，所述太阳能电池片的制作方法包括以下步骤：
利用氧化性气体对硅片进行等离子体清洗，在所述硅片表面形成第一层氧化硅薄膜；
在所述第一层氧化硅薄膜表面形成减反射膜，所述减反射膜至少包括一层氧化硅薄膜。
本发明实施例所提供的技术方案，利用氧化硅薄膜优越的电绝缘特性，首先采用氧化性气体对硅片进行等离子体清洗，从而在对所述硅片进行清洗的同时，在所述硅片表面形成一层致密的第一层氧化硅薄膜，然后再在清洗完的硅片表面形成减反射膜，即在所述第一层氧化硅薄膜表面形成减反射膜，且所述减反射膜中至少包括一层氧化硅薄膜，从而使得本发明实施例所提供的制作方法制作的太阳能电池片与封装材料和玻璃基板等外部结构之间具有良好的电绝缘特性，从而使得其相应的光伏组件具有抗电势诱导衰减效应，提高了所述光伏组件长期工作在高负压环境中的电性能，且无需特殊的封装材料，成本较低，还与传统太阳能电池片的生产工艺相兼容，适合于大规模生产。
为使本发明的上述目的、特征和优点能够更为明显易懂，下面结合附图对本发明的具体实施方式做详细的说明。
在以下描述中阐述了具体细节以便于充分理解本发明。但是本发明能够以多种不同于在此描述的其它方式来实施，本领域技术人员可以在不违背本发明内涵的情况下做类似推广。因此本发明不受下面公开的具体实施的限制。
实施例一：
如图1所述，本发明实施例提供了一种太阳能电池片的制作方法，包括：
步骤S1：对单晶硅片进行制绒，扩散和刻蚀。需要说明的是，所述单晶硅片可以为P型单晶硅片，也可以为N型单晶硅片，本发明对此并不限定。在发明实施例中，以所述单晶硅片为P型单晶硅片为例对本发明所提供的太阳能电池片的制作方法进行详细介绍。因此，在本发明的一个实施例中，所述对单晶硅片进行制绒、扩散和刻蚀具体包括：对P型单晶硅片进行酸制绒，磷扩散和刻蚀。
步骤S2：采用氧化性气体对硅片进行等离子体清洗，在所述硅片表面形成第一氧化层薄膜。
对单晶硅片100刻蚀完成后，采用氧化性的气体对其进行清洗，从而在去除所述单晶硅片100表面杂质的同时，在所述单晶硅片100表面形成一层致密的第一层氧化硅薄膜101，如图2所示。需要说明的是，在本发明的一个实施例中，所述氧化性气体优选为包括NH3和N2O中的至少一种，即所述氧化性气体优选为NH3、N2O或NH3和N2O的混合气体，但本发明对此并不限定，只要能够在清洗的过程中，去除所述单晶硅片100表面的杂质，且在所述单晶硅片100形成一层致密的第一层氧化硅薄膜101即可。优选的，所述等离子体清洗的时间范围为30S-900S，包括端点值。
步骤S3：将清洗完成后的单晶硅片10放入镀膜设备中，并在所述镀膜设备中通入反应气体，在所述第一层氧化硅薄膜101表面形成减反射膜20，如图3所示，所述减反射膜至少包括一层氧化硅薄膜。
本发明实施例中，所述减反射膜20的沉积方法可以为PECVD、APCVD或LPCVD，本发明对此并不做限定，常用的镀减反射膜方法为PECVD，其主要包括：将成膜气体通入镀膜设备中，所述成膜气体在射频电源的作用下电离成离子，并经过多次碰撞产生大量的活性基，这些活性基吸附在硅片表面。被吸附的原子在自身动能和硅片表面温度的作用下在硅片表面迁移，选择能量最低的点稳定下来，同时硅片表面的原子不断脱离周围原子的束缚，进入等离子体中，以达到动态平衡。当原子沉积的速度大于逃逸的速度后，就可以不断在硅片表面沉积成所需要的减反射膜。
优选的，在沉积减反射膜的过程中，所述氧化硅薄膜的沉积方法可以为PECVD、APCVD或LPCVD，其成膜气体为N2O和SiH4，且N2O和SiH4的气体流量比例范围为1-50:1，包括端点值。需要说明的是，在沉积减反射膜的过程中，所述成膜气体还可以包括NH3，但本发明对其流量比例并不做限定，视具体的工艺需求而定。更优选的，所述氧化硅薄膜的厚度范围为1nm-150nm，包括端点值。
需要说明的是，所述减反射膜20可以为氧化硅薄膜单层膜结构，还可以为包括氧化硅薄膜和氮化硅薄膜的多层膜结构，以提高所述减反射膜的光吸收率，进而提高制作的太阳能电池片的光电转换效率。
优选的，在沉积减反射膜的过程中，所述氮化硅薄膜的沉积方法可以为PECVD、APCVD或LPCVD，其成膜气体为NH3和SiH4，且所述NH3和SiH4的气体流量比例范围为1-30:1，包括端点值。更优选的，所述氮化硅薄膜的厚度范围为10nm-150nm，包括端点值。
在本发明的一个实施例中，在所述第一层氧化硅薄膜101表面形成减反射膜20包括：在镀膜设备中通入氧化硅薄膜的成膜气体，然后在所述第一层氧化硅薄膜101表面沉积均匀的氧化硅薄膜200，形成减反射膜20，如图4所示。在本实施例的一个具体实施例中，所述减反射膜20中氧化硅薄膜200的成膜气体为N2O和SiH4，其中，N2O的气体流量为2000sccm，SiH4的气体流量为200sccm。更优选的，沉积完成后的氧化硅薄膜200厚度为70nm，折射率为1.5。
在本发明的另一个实施例中，在所述第一层氧化硅薄膜101表面形成减反射膜20包括：在镀膜设备中通入氧化硅薄膜的成膜气体，在所述第一层氧化硅薄膜101表面沉积均匀的氧化硅薄膜201；再在镀膜设备中通入氮化硅薄膜的成膜气体，在所述氧化硅薄膜201表面沉积均匀的氮化硅薄膜202，形成减反射膜20，如图5所示。
在本实施例的一个具体实施例中，所述减反射膜20中氧化硅薄膜201的成膜气体为N2O和SiH4，其中，N2O的气体流量为2000sccm，SiH4的气体流量为200sccm。更优选的，沉积完成后的氧化硅薄膜201厚度为10nm，折射率为1.5；所述减反射膜20中氮化硅薄膜202的成膜气体为NH3和SiH4，其中，NH3的气体流量为6000sccm，SiH4的气体流量为560sccm。更优选的，沉积完成后的氮化硅薄膜202的厚度为70nm，折射率为2.06。
在本发明的又一个具体实施例中，在所述第一层氧化硅薄膜101表面形成减反射膜20包括：在镀膜设备中通入氮化硅薄膜的成膜气体，在所述第一层氧化硅薄膜101表面沉积均匀的氮化硅薄膜202；再在镀膜设备中通入氧化硅薄膜的成膜气体，在所述氮化硅薄膜202表面沉积均匀的氧化硅薄膜201，形成减反射膜20，如图6所示。
在本实施例的一个具体实施例中，所述减反射膜中氮化硅薄膜202的成膜气体为NH3和SiH4，其中，NH3的气体流量为6000sccm，SiH4的气体流量为600sccm。更优选的，沉积完成后的氮化硅薄膜202的厚度为70nm，折射率为2.07；所述减反射膜中氧化硅薄膜201的成膜气体为N2O和SiH4，其中，N2O的气体流量为2000sccm，SiH4的气体流量为200sccm。更优选的，沉积完成后的氧化硅薄膜201厚度为10nm，折射率为1.5。
在本发明的再一个实施例中，在所述第一层氧化硅薄膜101表面形成减反射膜20包括：在镀膜设备中通入氧化硅薄膜的成膜气体，在所述第一层氧化硅薄膜101表面沉积均匀的氧化硅薄膜201；再在镀膜设备中通入氮化硅薄膜的成膜气体，在所述氧化硅薄膜201表面沉积均匀的氮化硅薄膜202；重新在镀膜设备中通入氧化硅薄膜的成膜气体，在所述氮化硅薄膜202表面沉积均匀的氧化硅薄膜203，形成减反射膜20，如图7所示。
在本实施例的一个具体实施例中，位于所述氮化硅薄膜202朝向所述硅片10一侧的氧化硅薄膜201的成膜气体为N2O和SiH4，其中，N2O的气体流量为2000sccm，SiH4的气体流量为200sccm。更优选的，沉积完成后的氧化硅薄膜201厚度为5nm，折射率为1.5；所述氮化硅薄膜202的成膜气体为NH3和SiH4，其中，NH3的气体流量为6000sccm，SiH4的气体流量为560sccm。更优选的，沉积完成后的氮化硅薄膜202的厚度为70nm，折射率为2.06；位于所述氮化硅薄膜202背离所述硅片10一侧的氧化硅薄膜203的成膜气体为N2O和SiH4，其中，N2O的气体流量为2000sccm，SiH4的气体流量为200sccm。更优选的，沉积完成后的氧化硅薄膜203厚度为10nm，折射率为1.5。
步骤S4：在形成减反射膜20后的硅片进行电极印刷，并对印刷好电极的硅片进行烧结，制成太阳能电池片。
本发明实施例还提供了一种利用上述制作方法制作的太阳能电池片。
本发明实施例所提供的太阳能电池片的制作方法，在硅片表面沉积减反射膜前，先对硅片进行预处理，即采用氧化性的气体对其进行等离子体清洗，以便在清除所述硅片表面杂质的同时，在所述硅片表面形成致密的第一层氧化硅薄膜，然后再经过等离子体清洗的硅片表面形成减反射膜，即在所述第一层氧化硅薄膜表面形成减反射膜，所述减反射膜中至少包括一层氧化硅薄膜，从而可以利用氧化硅薄膜优越的电绝缘特性，使得利用该方法制作完成的太阳能电池片与封装材料、玻璃基板以及玻璃背板之间相互绝缘，进而使得即使在所述太阳能电池片表面累积部分电荷的情况下，所述太阳能电池片与接地边框之间也不能形成漏电流，最终使得包括该太阳能电池片的光伏组件具有抗电势诱导衰减效应，即可降低或消除所述光伏组件长期工作在高负压环境中所产生的电势诱导衰减效应，提高了所述光伏组件长期工作在高负压环境中的电性能，且无需特殊的封装材料，成本较低，还与传统太阳能电池片的生产工艺相兼容，适合于大规模生产。
本说明书中各个部分采用递进的方式描述，每个部分重点说明的都是与其他部分的不同之处，各个部分之间相同相似部分互相参见即可。
对所公开的实施例的上述说明，使本领域专业技术人员能够实现或使用本发明。对这些实施例的多种修改对本领域的专业技术人员来说将是显而易见的，本文中所定义的一般原理可以在不脱离本发明的精神或范围的情况下，在其它实施例中实现。因此，本发明将不会被限制于本文所示的实施例，而是要符合与本文所公开的原理和新颖特点相一致的最宽的范围。
Claims (14)
1.一种抗电势诱导衰减的太阳能电池片的制作方法，其特征在于，包括：
利用氧化性气体对硅片进行等离子体清洗，在所述硅片表面形成第一层氧化硅薄膜；
在所述第一层氧化硅薄膜表面形成减反射膜，所述减反射膜至少包括一层氧化硅薄膜。
2.根据权利要求1所述的制作方法，其特征在于，所述氧化性气体包括NH3和N2O中的至少一种。
3.根据权利要求2所述的制作方法，其特征在于，所述等离子体清洗的时间范围为30S-900S，包括端点值。
4.根据权利要求3所述的制作方法，其特征在于，在所述第一层氧化硅薄膜表面形成减反射膜包括：
在所述第一层氧化硅薄膜表面沉积均匀的氧化硅薄膜，形成减反射膜。
5.根据权利要求3所述的制作方法，其特征在于，在所述第一层氧化硅薄膜表面形成减反射膜包括：
在所述第一层氧化硅薄膜表面沉积均匀的氧化硅薄膜；
在所述氧化硅薄膜表面沉积均匀的氮化硅薄膜，形成减反射膜。
6.根据权利要求3所述的制作方法，其特征在于，在所述第一层氧化硅薄膜表面形成减反射膜包括：
在所述第一层氧化硅薄膜表面沉积均匀的氮化硅薄膜；
在所述氮化硅薄膜表面沉积均匀的氧化硅薄膜，形成减反射膜。
7.根据权利要求3所述的制作方法，其特征在于，在所述第一层氧化硅薄膜表面形成减反射膜包括：
在所述第一层氧化硅薄膜表面沉积均匀的氧化硅薄膜；
在所述氧化硅薄膜表面沉积均匀的氮化硅薄膜；
在所述氮化硅薄膜表面沉积均匀的氧化硅薄膜，形成减反射膜。
8.根据权利要求4-7任一项所述的制作方法，其特征在于，所述减反射膜中氧化硅薄膜的沉积方法为PECVD、APCVD或LPCVD。
9.根据权利要求8所述的制作方法，其特征在于，所述减反射膜中氧化硅薄膜的成膜气体包括N2O和SiH4，且N2O和SiH4的气体流量比例范围为1-50:1，包括端点值。
10.根据权利要求9所述的制作方法，其特征在于，所述减反射膜中氧化硅薄膜的厚度范围为1nm-150nm，包括端点值。
11.根据权利要求5-7任一项所述的制作方法，其特征在于，所述减反射膜中氮化硅薄膜的沉积方法为PECVD、APCVD或LPCVD。
12.根据权利要求11的所述的制作方法，其特征在于，所述减反射膜中氮化硅薄膜的成膜气体为NH3和SiH4，且所述NH3和SiH4的气体流量比例范围为1-30:1，包括端点值。
13.根据权利要求12的所述的制作方法，其特征在于，所述减反射膜中氮化硅薄膜的厚度范围为10nm-150nm，包括端点值。
14.一种利用权利要求1-13任一项所述制作方法制作的太阳能电池片。
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