CN104409524A - 一种抗pid效应的电池片及其制备方法 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种抗PID效应的电池片及其制备方法，包括刻蚀清洗后的晶体硅衬底、依次沉积于其上的抗PID保护层以及钝化减反层，所述抗PID保护层为硅氧键合物Si-O薄层。本发明电池片由于受到包含Si-O键的抗PID薄层的保护，表现出优异的抗PID效果，在此基础上，对产品的效率、外观、合格率等方面不会造成负面影响；Si-O键薄层不仅阻碍、延缓了PID效应的发生，对电池片表面的悬空键也进行了有效地饱和，减少了电池片表面复合中心，因此对电池片的电性能具有一定提升。

Description

一种抗PID效应的电池片及其制备方法
技术领域
本发明涉及太阳能电池制作工艺领域，具体涉及一种抗PID效应的电池片。
背景技术
随着光伏装机规模的不断增大，光伏发电在应用过程中出现了一系列问题，其中对电站运营影响最大的问题就是由于电势诱导衰减(Potential Induced Degradation，简称PID)导致的组件功率下降及电站发电量降低，PID现象是指存在于晶体硅光伏组件中的电池与其接地金属边框之间的高电压造成组件光伏性能持续衰减的现象。在实际应用的并网光伏系统中，光伏阵列的最大功率点电压、电网电压和逆变器的拓扑结构决定了光伏阵列输出端的对地电压(大小和正负关系)，而与逆变器输入端相邻的组件电路通常承受着实际的最大系统电压且难以避免，随着电站规模的扩大，PID现象越发明显。
针对这一现象，国内外一些知名光伏电池片及组件生产企业、系统运营商及研究机构等也都各自提出了一些预防办法以延缓PID现象的发生，但这些方法大都建立在牺牲电池、组件其他方面性能的基础之上，或增加巨额资本投入。例如通过提升减反射膜的折射率，以牺牲电池片效率为代价来延缓PID现象的发生，或通过花费巨额的设备改造费用来改善电池片的膜质结构。也有部分厂家通过高温热氧化的方式，在电池片表面生长一层二氧化硅薄膜，来延缓PID效应的发生，这种工艺由于操作复杂，成品率低，能耗高、硅片表面热损伤严重等诸多问题而无法广泛采用。
在组件及封装材料方面，一些生产厂家也在尝试通过调整EVA胶膜、玻璃等材料的成分，以牺牲透光率和材料其它方面性能来改善PID效应，但这些做法大都付出了较大代价，但其抗PID效果上却收效甚微，其成本投入和实用性不强等特点决定了其难以在产线进行推广和使用。
发明内容
发明目的：本发明的目的在于为了克服现有技术的不足，提供一种抗PID效应的电池片及其制备方法，得到的电池片具有良好的抗PID效果，且成本低不影响电池片其他各项指标。
技术方案：一种抗PID效应的电池片，包括刻蚀清洗后的晶体硅衬底、依次沉积于其上的抗PID保护层以及钝化减反层，所述抗PID保护层为硅氧键合物Si-O薄层。
进一步，所述硅氧键合物薄层是在晶体硅衬底表面Si的悬空键上Si-键合一个氧原子O，形成Si-O键。
优选的，所述硅氧键合物Si-O薄层的厚度为0.3～3nm；若该薄层厚度过小，那么电池片表面的Si-悬空键没有完全充分饱和，抗PID效应不佳；若厚度过大，则造成材料浪费。
优选的，所述氧原子由臭氧提供；该气体与氧气、笑气相比氧化性强，所需反应温度低，无需加热、射频等复杂设备支持，适合工业化批量生产。
进一步，所述钝化减反层通过管式镀膜沉积工艺沉积。
上述抗PID效应的电池片的制备方法，包括以下步骤：
(1)对晶体硅衬底进行刻蚀清洗；
(2)预处理：通入氮气50～100s，氮气流量为7～10slm；
(3)沉积抗PID保护层：将预处理后的晶体硅衬底置于臭氧环境中，对其表面进行强氧化，形成硅氧键合物Si-O薄层；
(4)沉积钝化减反层：通入氨气、硅烷，并进行射频；氨气流量2～9slm，硅烷流量200～1900sccm，射频功率4000～7500W，沉积时间50～1000s。
本发明制备方法在预处理过程中不进行射频，以消除射频功率对抗PID保护层的破坏；并且将原有预处理工艺中的氮气流量由1～4slm优化为7～10slm，所增加的气体流量主要是加大对硅片表面的吹扫力度，弥补射频功率减少的影响。
进一步，步骤(3)在低温环境下进行，温度范围0～50℃，反应时间1～30s；该温度范围可确保Si-O薄层的形成，又可使该工艺在生产时无需调控温度，在正常的车间温度下即可生产，反应时间使生成的Si-O薄层厚度适中，同时保证生产效率。
进一步，步骤(3)所述臭氧环境中臭氧浓度为0.3～1.5％，压力为1～1.5个标准大气压；在该浓度和压力范围内Si-O键键合速度快、稳定性能好，既节省了反应时间，又可保证抗PID保护薄层的致密性，确保了抗PID效果。
有益效果：(1)本发明电池片由于受到包含Si-O键的抗PID薄层的保护，表现出优异的抗PID效果，在此基础上，对产品的效率、外观、合格率等方面不会造成负面影响；(2)Si-O键薄层不仅阻碍、延缓了PID效应的发生，对电池片表面的悬空键也进行了有效地饱和，减少了电池片表面复合中心，因此对电池片的电性能具有一定提升；(3)生产配置和制备工艺简单，与现有设备融合性好，工艺稳定性及重复性好，适合在现有产线上大面积推广。
附图说明
图1为抗PID保护层Si-O键的形成过程示意图；
图2为普通电池片抗PID测试前后EL图片；
图3本发明电池片抗PID测试前后EL图片。
具体实施方式
下面对本发明技术方案进行详细说明，但是本发明的保护范围不局限于所述实施例。
实施例1：一种抗PID效应的电池片，包括刻蚀清洗后的晶体硅衬底、依次沉积于其上的抗PID保护层以及钝化减反层。其中，抗PID保护层为硅氧键合物Si-O薄层，如图1所示，是在晶体硅衬底表面Si的悬空键上Si-键合一个由臭氧提供的氧原子O，形成Si-O键，该Si-O薄层的厚度为0.6nm。钝化减反层通过管式镀膜沉积工艺沉积。
上述抗PID效应的电池片的制造工艺包括以下步骤：
(1)对晶体硅衬底进行刻蚀清洗；
(2)预处理：通入氮气50s，氮气流量为8slm；
(3)沉积抗PID保护层：在低温环境25℃下，将预处理后的晶体硅衬底置于浓度为1.2％、压力为1.2个标准大气压的臭氧环境中，对其表面进行强氧化，形成硅氧键合物Si-O薄层，反应时间3s；
(4)沉积钝化减反层：通入氨气、硅烷，并进行射频；氨气流量：4.6slm，硅烷流量：1800sccm，射频功率5000W，沉积时间750s。
根据实施例1方法生产的电池片，抽取部分档位组件封装后进行抗PID测试，所用测试条件为：温度85±2℃、湿度85±5％、反向偏压1000V，测试时间96小时，其抗PID效果和市场销售的电池对比结果如下：
备注：结果判定方法，功率衰减＜5％为合格，功率衰减＞5％为不合格
图2和图3分别为市售电池片和实施例1所生产电池片抗PID测试前后的EL图片对比，从EL图片和功率衰减的对比结果可以看出：①与抗PID测试前相比，市售电池片在PID测试后出现了较多电池响应变差，导致PID衰减在24.24％～71.21％；②而本发明所生产的电池片由于抗PID保护层的存在，有效地阻止了PID现象的发生，测试前后的EL图片未见明显差异，PID功率衰减均小于5％，具有良好的抗PID效果。
实施例2：与实施例1大致相同，所不同的是电池片的制造工艺中：步骤(2)预处理通入氮气80s，氮气流量为10slm；步骤(3)沉积抗PID保护层的低温环境为0℃下，将预处理后的晶体硅衬底置于浓度为0.3％、压力为1.5个标准大气压的臭氧环境中，对其表面进行强氧化，形成硅氧键合物Si-O薄层，反应时间30s；步骤(4)沉积钝化减反层：通入氨气流量：2slm，硅烷流量：200sccm，射频功率4000W，沉积时间50s。
实施例3：与实施例1大致相同，所不同的是电池片的制造工艺中：步骤(2)预处理通入氮气100s，氮气流量为7slm；步骤(3)沉积抗PID保护层的低温环境为50℃下，将预处理后的晶体硅衬底置于浓度为1.5％、压力为1个标准大气压的臭氧环境中，对其表面进行强氧化，形成硅氧键合物Si-O薄层，反应时间1s；步骤(4)沉积钝化减反层：通入氨气流量：9slm，硅烷流量：1900sccm，射频功率7500W，沉积时间1000s。
如上所述，尽管参照特定的优选实施例已经表示和表述了本发明，但其不得解释为对本发明自身的限制。在不脱离所附权利要求定义的本发明的精神和范围前提下，可对其在形式上和细节上作出各种变化。

Claims (8)

1.一种抗PID效应的电池片，包括刻蚀清洗后的晶体硅衬底、依次沉积于其上的抗PID保护层以及钝化减反层，其特征在于：所述抗PID保护层为硅氧键合物Si-O薄层。
2.根据权利要求1所述的抗PID效应的电池片，其特征在于：所述硅氧键合物薄层是在晶体硅衬底表面Si的悬空键上Si-键合一个氧原子O，形成Si-O键。
3.根据权利要求1所述的抗PID效应的电池片，其特征在于：所述硅氧键合物Si-O薄层的厚度为0.3~3nm。
4.根据权利要求2所述的抗PID效应的电池片，其特征在于：所述氧原子由臭氧提供。
5.根据权利要求1所述的抗PID效应的电池片，其特征在于：所述钝化减反层通过管式镀膜沉积工艺沉积。
6.如权利要求1所述的抗PID效应的电池片的制备方法，其特征在于：包括以下步骤：
（1）对晶体硅衬底进行刻蚀清洗；
（2）预处理：通入氮气50~100s，氮气流量为7~10slm；
（3）沉积抗PID保护层：将预处理后的晶体硅衬底置于臭氧环境中，对其表面进行强氧化，形成硅氧键合物Si-O薄层；
（4）沉积钝化减反层：通入氨气、硅烷，并进行射频；氨气流量2~9slm，硅烷流量200~1900sccm，射频功率4000~7500W，沉积时间50~1000s。
7.根据权利要求6所述的抗PID效应的电池片的制备方法，其特征在于：步骤（3）在低温环境下进行，温度范围0~50℃，反应时间1 ~30s。
8.根据权利要求6所述的抗PID效应的电池片的制备方法，其特征在于：步骤（3）所述臭氧环境中臭氧浓度为0.3~1.5%，压力为1~1.5个标准大气压。
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