CN105261672B - 一种抗pid的太阳能电池制备方法 - Google Patents

Abstract

本发明涉及晶体硅太阳能电池技术领域，尤其涉及一种抗PID的太阳能电池制备方法，主要是针对双层氮化硅沉积工艺进行优化，采用这种方法制备的太阳能电池抗PID效果较好，且成本较低。

Description

一种抗PID的太阳能电池制备方法

技术领域

本发明涉及晶体硅太阳能电池技术领域，尤其涉及一种抗PID的太阳能电池制备方法。

背景技术

PID(Potential Induced Degradation)效应称为高压诱导衰减效应，是光伏组件在高压条件下出现的一种衰减效应。随着光伏并网系统的逐渐推广应用，系统电压越来越高，组件内部电池片相对于大地的电压越来越高，有的甚至达到600-1000V，通常组件的铝边框都要求接地，这样在电池片和铝边框之间就形成了600-1000V的高压。一般光伏组件结构为5层，电池片在两层EVA封装膜中间，玻璃和背板在最外层，层压过程中EVA形成了透明、电绝缘的物质。然而，任何塑料材料都不可能100％的绝缘，都有一定程度的导电性，特别是在湿度较大的环境中，会有漏电流通过电池片、在封装材料、玻璃、背板、铝边框流过，如果在内部电路和铝边框之间形成高电压，漏电流将会达到微安或毫安级别，这就是太阳能电池的高压诱导效应(PID效应)，PID效应使得电池表面钝化效果恶化和形成漏电回路，导致填充因子、开路电压、短路电流降低，使组件性能低于设计标准，同时可导致组件功率下降30％以上。

解决PID问题的关键是生产具有抗PID能力的太阳能电池片。目前常规方法是在晶体硅太阳能电池片的氮化硅和晶体硅片之间增加一层介质膜达到抗PID的作用。主要方法有臭氧氧化法和笑气氧化法，其中臭氧氧化法是通过臭氧将硅片表面氧化达到抗PID的效果，但是工艺控制难度较大，对电池制作的其它工序要求高，同时氧化层厚度不能实时检测和调整，效果不稳定。笑气氧化法是通过笑气(N2O)制作氧化层达到抗PID的效果，但是这种方式需要改造设备，成本较高。

发明内容

本发明所要解决的技术问题是：提供一种抗PID的太阳能电池制备方法，采用这种方法制备的太阳能电池抗PID效果较好，且成本较低。

本发明所采用的技术方案是：一种抗PID的太阳能电池制备方法，它包括以下步骤：

(1)、硅片切割；

(2)、去除损伤层；

(3)、制绒；

(4)、扩散制结；

(5)、边缘刻蚀以及清洗；

(6)、沉积双层氮化硅薄膜；

(7)、丝网印刷上下电极；

(8)、共烧形成金属接触；

(9)、采用封装膜以及玻璃进行封装；

且所述步骤(6)中的沉积双层氮化硅薄膜又包括以下具体步骤：

①、将步骤(5)清洗后的硅片装入石墨舟，放入镀膜设备；

②、设定沉积第一层氮化硅薄膜所需的氨气流量为5-6slm，硅烷流量为1300-1500sccm，沉积时间为120-140s，然后进行第一层氮化硅薄膜沉积；

③、设定沉积第二层氮化硅薄膜所需的氨气流量为5.5-6.5slm，硅烷流量为800-1000sccm，沉积时间为500-600s，然后进行第二层氮化硅薄膜沉积；

④、将两层氮化硅薄膜沉积完成的硅片进行步骤(7)的丝网印刷上下电极。

所述步骤(9)中采用的封装膜为POE材料制成，且所述POE材料的重量组分为：

POE：80-100份；

增粘剂：0.3-0.5份；

胶联固化剂：0.3-1.5份；

抗氧剂：0.2-0.4份；

紫外光稳定剂：0.1-0.15份；

紫外光吸收剂：0.1-0.15份。

POE材料制成的封装膜厚度为0.3-0.5mm。

所述步骤(9)中的玻璃是超白低铁钢化玻璃，且所述超白低铁钢化玻璃接触空气的一面设有透光膜。

所述步骤②中氨气流量为5.3slm，硅烷流量为1400sccm，沉积时间为130s；

所述步骤③中氨气流量为6slm，硅烷流量为900sccm，沉积时间为530s。

采用以上方法与现有技术相比，本发明具有以下优点：采用该方法后形成的双层氮化硅薄膜厚度与折射率较优，进而使得采用这种方法制得的太阳能电池的抗PID性能较好，而且没有增加额外的设备，所以成本较低。

并且采用POE材料代替EVA材料，因为POE材料相对EVA材料在水气透过率以及体积电阻率参数上有明显优势，因此从材料特性及PID形成原理分析实验可得采用POE材料能提高组件的抗PID性能，而且POE材料比EVA材料要便宜，所以整个太阳能电池的成本较低。

具体实施方式

以下为具体实施方式对本发明做进一步描述，但是本发明不仅限于以下具体实施方式。

一种抗PID的太阳能电池制备方法，其特征在于，它包括以下步骤：

(1)、硅片切割；工业制作硅电池所用的单晶硅材料，一般采用坩锅直拉法制的太阳级单晶硅棒，原始的形状为圆柱形，然后切割成方形硅片(或多晶方形硅片)，硅片的边长一般为156mm，厚度约180-220um；

(2)、去除损伤层；硅片在切割过程会产生大量的表面缺陷，这就会产生两个问题，首先表面的质量较差，另外这些表面缺陷会在电池制造过程中导致碎片增多。因此要将切割损伤层去除，一般采用碱或酸腐蚀，腐蚀的厚度约10um。

(3)、制绒；制绒，就是把相对光滑的原材料硅片的表面通过酸或碱腐蚀，使其凸凹不平，变得粗糙，形成漫反射，减少直射到硅片表面的太阳能的损失。对于单晶硅来说一般采用NaOH加醇的方法腐蚀，利用单晶硅的各向异性腐蚀，在表面形成无数的金字塔结构，碱液的温度约80度，浓度约1～2％，腐蚀时间约15分钟。对于多晶来说，一般采用酸法腐蚀。

(4)、扩散制结；扩散的目的在于形成PN结。普遍采用磷做n型掺杂。由于固态扩散需要很高的温度，因此在扩散前硅片表面的洁净非常重要，要求硅片在制绒后要进行清洗，即用酸来中和硅片表面的碱残留和金属杂质。

(5)、边缘刻蚀以及清洗；扩散过程中，在硅片的周边表面也形成了扩散层。周边扩散层使电池的上下电极形成短路环，必须将它除去。周边上存在任何微小的局部短路都会使电池并联电阻下降，以至成为废品。目前，工业化生产用等离子干法腐蚀，在辉光放电条件下通过氟和氧交替对硅作用，去除含有扩散层的周边。

扩散后清洗的目的是去除扩散过程中形成的磷硅玻璃。

(6)、沉积双层氮化硅薄膜；广泛使用PECVD淀积SiN,由于PECVD淀积SiN时,不光是生长SiN作为减反射膜,同时生成了大量的原子氢,这些氢原子能对多晶硅片具有表面钝化和体钝化的双重作用,可用于大批量生产。

(7)、丝网印刷上下电极；电极的制备是太阳电池制备过程中一个至关重要的步骤，它不仅决定了发射区的结构，而且也决定了电池的串联电阻和电池表面被金属覆盖的面积。最早采用真空蒸镀或化学电镀技术，而现在普遍采用丝网印刷法，即通过特殊的印刷机和模版将银浆铝浆(银铝浆)印刷在太阳电池的正背面，以形成正负电极引线。

(8)、共烧形成金属接触；晶体硅太阳电池要通过三次印刷金属浆料，传统工艺要用二次烧结才能形成良好的带有金属电极欧姆接触，共烧工艺只需一次烧结，同时形成上下电极的欧姆接触。在太阳电池丝网印刷电极制作中，通常采用链式烧结炉进行快速烧结。

(9)、采用封装膜以及玻璃进行封装；

且所述步骤(6)中的沉积双层氮化硅薄膜又包括以下具体步骤：

①、将步骤(5)清洗后的硅片装入石墨舟，放入镀膜设备；

②、设定沉积第一层氮化硅薄膜所需的氨气流量为5-6slm，硅烷流量为1300-1500sccm，沉积时间为120-140s，然后进行第一层氮化硅薄膜沉积；

③、设定沉积第二层氮化硅薄膜所需的氨气流量为5.5-6.5slm，硅烷流量为800-1000sccm，沉积时间为500-600s，然后进行第二层氮化硅薄膜沉积；

④、将两层氮化硅薄膜沉积完成的硅片进行步骤(7)的丝网印刷上下电极。

所述步骤(9)中采用的封装膜为POE材料制成，所述POE为聚烯烃弹性体，且其中共聚单体的含量为20-30wt％。POE封装膜的光学透光率在450-1200nm区域大于90％，相比EVA封装膜，POE封装膜的耐水性能更优越，经过测试表明，POE封装膜的水蒸气透过率是EVA封装膜的10％，使电池能在潮湿环境下寿命更长；在黏接力，试验结果表面，在140℃层压条件下POE封装膜的黏接力是EVA封装膜的2倍，在160℃的层压条件下，POE封装膜的黏接力是EVA封装膜的4倍。在湿热试验中，POE封装膜在组件效率降低时能起到额外保护的作用，而EVA封装膜会造成组件和封装膜的衰减；在耐热试验中，POE封装膜经历10000h的氙弧灯后黄变指数变化不明显，POE封装膜除了耐水性和光照稳定性比EVA封装膜好之外，还具有更高的体积电阻率和更低的漏电流，这有利于延长光伏组件的使用寿命，在加工成本方面，POE封装膜的加工成本也远低于EVA封装膜，因为POE封装膜层压循环时间比EVA封装膜缩短10min，效率提高了30％，而且POE封装膜的在制备过程中不会形成醋酸，避免了液体水解对层压设备造成的损坏并且从根本上消除了起泡现象。

且所述POE材料的重量组分为：

POE：80-100份；

增粘剂：0.3-0.5份；所述增粘剂为r-缩水甘油醚氧丙基三甲氧基硅烷；

胶联固化剂：0.3-1.5份；所述胶联固化剂为叔丁基过氧化2-乙基己基碳酸酯；

抗氧剂：0.2-0.4份；所述抗氧剂为β-(3，5-二叔丁基-4-羟基苯基)丙酸；

紫外光稳定剂：0.1-0.15份；所述紫外光稳定剂为双(1,2,2,6,6-五甲基-4-哌啶基)癸二酸酯和双(2,2,6,6-四甲基-4-哌啶)癸二酸酯中的一种；

紫外光吸收剂：0.1-0.15份。所述紫外光吸收剂为N-(乙氧基羧基苯基)-Nˊ-甲基-Nˊ-苯基甲醚；

POE材料制成的封装膜厚度为0.3-0.5mm。

所述步骤(9)中的玻璃是超白低铁钢化玻璃，且所述超白低铁钢化玻璃接触空气的一面设有透光膜。

所述步骤②中氨气流量为5.3slm，硅烷流量为1400sccm，沉积时间为130s；

所述步骤③中氨气流量为6slm，硅烷流量为900sccm，沉积时间为530s。

其中步骤(6)中的沉积双层氮化硅薄膜有两种具体实施方式：

具体实施例一：

(1)将待镀膜的边长156*156mm的多晶硅片装满石墨舟，放入镀膜设备中。

(2)设定沉积第一层氮化硅薄膜所需的氨气流量为5.3slm，氮气流量为1400sccm，沉积时间为130s。

(3)设定沉积第二层氮化硅薄膜所需的氨气流量为6slm，氮气流量为900sccm，沉积时间为530s。

(4)运行工艺，等待氮化硅薄膜的沉积。

(5)等镀膜后的硅片冷却，取出硅片，测试氮化硅薄膜折射率为2.14，厚度为85nm，进入下道工序制作成电池。

(6)将电池分档后封装成组件，进行抗PID效果测试。测试结果如下：

功率衰减为1.37％，小于5％，达到抗PID效果。

具体实施例二：

(1)将待镀膜的边长156*156mm的多晶硅片装满石墨舟，放入镀膜设备中。

(2)设定沉积第一层氮化硅薄膜所需的氨气流量为5.1slm，氮气流量为1480sccm，沉积时间为140s。

(3)设定沉积第二层氮化硅薄膜所需的氨气流量为6.2slm，氮气流量为900sccm，沉积时间为520s。

(4)运行工艺，等待氮化硅薄膜的沉积。

(5)等镀膜后的硅片冷却，取出硅片，测试氮化硅薄膜折射率为2.14，厚度为85nm，进入下道工序制作成电池。

(6)将电池分档后封装成组件，进行抗PID效果测试。测试结果如下：

功率衰减为1.41％，小于5％，达到抗PID效果。

Claims (2)

1.一种抗PID的太阳能电池制备方法，其特征在于，它包括以下步骤：

(1)、硅片切割；

(2)、去除损伤层；

(3)、制绒；

(4)、扩散制结；

(5)、边缘刻蚀以及清洗；

(6)、沉积双层氮化硅薄膜；

(7)、丝网印刷上下电极；

(8)、共烧形成金属接触；

(9)、采用封装膜以及玻璃进行封装；

且所述步骤(6)中的沉积双层氮化硅薄膜又包括以下具体步骤：

①、将步骤(5)清洗后的硅片装入石墨舟，放入镀膜设备；

②、设定沉积第一层氮化硅薄膜所需的氨气流量为5-6slm，硅烷流量为1300-1500sccm，沉积时间为120-140s，然后进行第一层氮化硅薄膜沉积；

③、设定沉积第二层氮化硅薄膜所需的氨气流量为5.5-6.5slm，硅烷流量为800-1000sccm，沉积时间为500-600s，然后进行第二层氮化硅薄膜沉积；

④、将两层氮化硅薄膜沉积完成的硅片进行步骤(7)的丝网印刷上下电极；

所述步骤(9)中采用的封装膜为POE材料制成，且所述POE材料的重量组分为：

POE，其中共聚单体含量为20-30wt％：80-100份；

增粘剂：0.3-0.5份；

胶联固化剂：0.3-1.5份；

抗氧剂：0.2-0.4份；

紫外光稳定剂：0.1-0.15份；

紫外光吸收剂：0.1-0.15份；

且POE材料制成的封装膜厚度为0.3-0.5mm；

所述步骤(9)中的玻璃是超白低铁钢化玻璃，且所述超白低铁钢化玻璃接触空气的一面设有透光膜。

2.根据权利要求1所述的一种抗PID的太阳能电池制备方法，其特征在于：所述步骤②中氨气流量为5.3slm，硅烷流量为1400sccm，沉积时间为130s；

所述步骤③中氨气流量为6slm，硅烷流量为900sccm，沉积时间为530s。