CN108615790A - 一种抑制多晶硅perc电池热辅助光诱导衰减的方法 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种抑制多晶硅PERC电池热辅助光诱导衰减的方法，所采用的电池片结构包括前电极、氮化硅抗反射层和钝化层、磷扩散层、p型多晶硅、氧化铝钝化层、氮化硅保护层、背电极，将电池片放入无光照、空气氛围的普通退火炉中，退火炉温度设置为180‑200℃，退火时间为3小时。本发明提出的无光照低温退火技术具有成本低、工艺简单、对电池性能不产生负面影响等特点，因此在多晶硅PERC太阳能电池产业中具有广泛的推广应用价值。
Description
技术领域
本发明属于太阳能电池技术领域，特别是涉及一种抑制多晶硅PERC电池热辅助光诱导衰减的方法。
背景技术
PERC电池(Passivated Emitterand Rear Cell)最早起源于上世纪八十年代，1989年由澳洲新南威尔士大学的MartinGreen研究组在AppliedPhysicsLetter首次正式报道了PERC电池结构，当时达到22.8％的实验室电池效率。到了1999年其实验室研究的PERL电池创造了转换效率25％的世界纪录。PERC电池的实验室制备，采用了光刻、蒸镀、热氧钝化、电镀等技术。PERC电池与常规电池最大的区别在背表面介质膜钝化，采用局域金属接触，大大降低被表面复合速度，同时提升了背表面的光反射。随着沉积氧化铝的产业化设备及其工艺技术的日益成熟，以及激光开槽技术的引入，PERC技术已经开始逐步走向产业化。PERC技术的成功工业化应用，大大增强了p型晶体硅电池的竞争力，推迟了n型晶体硅电池的市场化进程。相对于常规电池，PERC技术主要增加了背钝化和激光开孔两个工艺环节，与常规电池生产线具有很高的兼容性。相比其他高效电池技术，PERC电池具有明显的成本优势，是下一代高效太阳能电池最强有力的竞争者。
多晶硅PERC电池在户外起初运行的几个月时间里，功率衰减高达15％，远大于常规铝背场电池1～3％的衰减。这种衰减需要在光照和温度(通常大于50℃)的同时作用下才会发生，因此，Hanwha Q CELLS公司建议把这种衰减命名为热辅助光诱导衰减(Light-andelevated temperature-induced degradation,LeTID)。多晶硅PERC光伏组件在户外运行过程中，从衰减到恢复的周期长达数年甚至十几年，这意味着光伏发电系统的效益将受到严重损失。
近年来，随着多晶硅PERC电池产能的快速扩张，伴随而来的一种新的电池衰减现象已经引起了光伏产业界的普遍关注。这种衰减比常规铝背场晶体硅电池更严重，如果这种衰减不能得到有效地抑制或消除，那么多晶硅PERC电池将失去其成本优势。但是，到目前为止，人们对其衰减机理还不是很清楚。
目前，尽管人们对LeTID的产生机理还没有达成共识，很难找到明确的治理工艺。为了减少或抑制多晶硅PERC电池的LeTID现象，人们提出了一些方法：(1)降低电池工艺过程中的电极合金化烧结温度；(2)提高烧结温度的升温和降温速率；(3)高温结合高强度的光照；(4)吸杂并低温退火；(5)提高多晶硅材料的质量。但是，这些方法都存在一些缺点，比如成本高、增加了电池制备工艺、影响电池的性能等。
发明内容
本发明的目的是提供一种简单有效的，抑制多晶硅PERC电池热辅助光诱导衰减的方法。
本发明技术方案是这样的：一种抑制多晶硅PERC电池热辅助光诱导衰减的方法，所采用的电池片结构包括前电极、氮化硅抗反射层和钝化层、磷扩散层、p型多晶硅、氧化铝钝化层、氮化硅保护层、背电极，其特征在于：将电池片放入无光照、空气氛围的普通退火炉中，退火炉温度设置为180-200℃，退火时间为3小时。
本发明采用无光照低温退火技术，可以降低多晶硅PERC电池的热辅助光诱导衰减。经过200℃温度下退火3小时的处理，多晶硅PERC电池在75℃的温度和1000W/m2的光照条件下，200小时以后，电池的开路电压(VOC)恢复到光照前的99.4％，比未经过退火处理电池VOC的97.2％恢复值提高了2.2％。与其他现有的减少衰减方法相比，本发明提出的无光照低温退火技术具有成本低、工艺简单、对电池性能不产生负面影响等特点，因此在多晶硅PERC太阳能电池产业中具有广泛的推广应用价值。
附图说明
以下结合附图和本发明的实施方式来作进一步详细说明
图1为无光照不同温度下退火3小时之后的多晶硅PERC电池的开路电压随光照时间的变化，测试条件为(75℃,1000W/m2)；
图2为无光照不同温度下退火多晶硅PERC电池的开路电压随退火时间的相对变化，测试条件(75℃,1000W/m2)。
具体实施方式
本实施例所述抑制多晶硅PERC电池热辅助光诱导衰减的方法包括下述具体实施步骤：
1)准备多晶硅PERC电池：实验用的电池片是从市场上购买的商业化成品，基本参数为：尺寸156×156mm2，转换效率19.1％，开路电压0.64V，短路电流36.2mA/cm2。电池片结构包括前电极、氮化硅抗反射层和钝化层、磷扩散层、p型多晶硅、氧化铝钝化层、氮化硅保护层、背电极；
2)无光照低温退火处理：将步骤1)的电池片放入无光照、空气氛围的普通退火炉中，退火炉设置的温度分别为150℃、180℃、200℃、225℃、250℃、300℃，退火时间分别是：20min、40min、60min、80min、100min、120min、140min、160min、180min；
3)热辅助光诱导衰减：经过步骤2)低温退火的电池片，在环境温度为75℃、模拟太阳光强度为1000W/m2的条件下进行衰减，衰减时间为0～1000小时。然后，利用太阳能电池效率测量仪测量经过不同时间衰减后电池VOC的相对变化ΔVOC。
图1给出了无光照不同温度下退火3小时之后的多晶硅PERC电池的开路电压随光照时间的相对变化，从图中可看出，180℃和200℃的退火温度可以加速电池的衰减和恢复，225℃的退火温度尽管加速电池衰减但同时也延长了电池恢复，而250℃的退火温度减缓了电池衰减和恢复；
图2给出了无光照不同温度下退火多晶硅PERC电池的开路电压随退火时间的相对变化关系。从图中可看出，在150℃和180℃温度下退火，随着退火时间的增加，电池的开路电压一直在减少，而在200℃和250℃温度下退火的电池开路电压先减少后增加。
结合图1和图2的实验结果，我们可以得到最合适的无光照退火温度和时间分别为200℃和3小时。
我们提出过渡金属—氢复合体的衰减模型来解释多晶硅PERC电池的热辅助光诱导衰减机理。在电池的高温烧结工艺过程中，PECVD生长的氮化硅钝化层中的氢会扩散至多晶硅体内，然后与多晶硅体内均匀分布的、具有深能级的过渡金属(如钛、铁、镍、钨等)杂质结合，形成过渡金属—氢复合体，这个复合体具有很弱的电活性。在高温光照下，复合体分解后形成电活性很强的过渡金属杂质，导致少子寿命减少。这个模型也可以理解成，高温烧结过程中大量释放的氢钝化了电活性很强的过渡金属杂质，然后在高温光照下氢失去了钝化作用。
Claims (1)
1.一种抑制多晶硅PERC电池热辅助光诱导衰减的方法，所采用的电池片结构包括前电极、氮化硅抗反射层和钝化层、磷扩散层、p型多晶硅、氧化铝钝化层、氮化硅保护层、背电极，其特征在于：将电池片放入无光照、空气氛围的普通退火炉中，退火炉温度设置为180-200℃，退火时间为3小时。
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Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| PB01 | Publication | ||
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| SE01 | Entry into force of request for substantive examination | ||
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| WD01 | Invention patent application deemed withdrawn after publication | ||
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Application publication date: 20181002 |