CN110444613A - 一种高阻水hjt光伏电池 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及一种高阻水HJT光伏电池，以N型单晶硅片(10)为衬底，在所述衬底的上表面和下表面分别由内向外依次设置：1)本征非晶硅或微晶硅膜层(20)；2)掺杂非晶硅或微晶硅的薄膜层(30，40)；3)透明导电膜层(50)；4)电极栅线(80)；5)POSS改性聚合物膜层(60)；所述POSS改性聚合物膜(60)的表层具有通过改性处理得到的二氧化硅薄膜(70)。本发明通过在电池表面增设具有防护效果的二氧化硅薄膜，显著提高了HJT光伏电池的水汽防护性能，同时由于采用的光伏电池为对称结构，具有良好的机械强度。

Description

一种高阻水HJT光伏电池
技术领域
本发明涉及光伏电池技术领域，具体涉及一种高阻水HJT光伏电池。
背景技术
HJT是英文hetero junction的缩写，意为异质结，在本专利中HJT指以单晶硅和非晶硅或微晶硅组成的异质结。HJT光伏电池以其制备工艺简单、光电转换效率高已经成为光伏电池技术领域研究的热点。
现有HJT光伏电池是以N型单晶硅片为衬底，由衬底向外依次为本征非晶硅或微晶硅层、掺杂非晶硅或微晶硅薄膜层、透明导电膜和电极栅线。其中形成透明导电膜的工艺温度较低(200℃左右)，而传统的在晶体硅光伏电池生长钝化膜的工艺温度较高，因此，很难将已有的对晶体硅光伏电池表面钝化技术直接用于HJT光伏电池。由于失去了电池表面钝化膜的保护，使得HJT电池的水汽防护性能很差，所以不得不对封装材料和封装技术提出更高的要求，比如采用双面玻璃封装、边缘用丁基胶密封。结果使得封装成本提高、组件重量增加、安装成本上升、使用灵活性下降。
POSS是英文polyhedral oligomeric silsesquioxane的缩写，意为多面体低聚倍半硅氧烷，是一种具有纳米结构的有机/无机杂化材料，POSS结构简式为(RSiO1.5)n，其中R表示有机基团，可以是反应性基团或非反应性基团，n一般为6、8、10、12等。其中以n＝8为最常见、最典型的多面体低聚倍半硅氧烷，其分子结构如图2所示。由于POSS具有特殊的纳米、有机无机杂化以及中空笼型的结构特点，可以在分子水平上对聚合物进行改性，使无机和有机组分充分杂化，故不仅保留了高分子材料优良的加工性、韧性与低成本等特性，同时又具有无机材料突出的耐热、耐氧化性以及优异的力学性能。
然而将POSS改性的聚合物涂料简单地涂覆到HJT光伏电池的表面，存在以下缺陷：
1)现有的经POSS改性的聚合物涂料的水汽防护能力偏低，使得HJT光伏电池的水汽防护能力差，在水汽的作用下，HJT光伏电池的PN结容易退化、电池电极系统容易失效；
2)现有的HJT光伏电池的机械强度低，易碎。
发明内容
为解决现有技术中存在的上述问题，本发明公开了一种高阻水HJT光伏电池，通过对POSS改性聚合物膜的表层进行改性处理得到二氧化硅薄膜，可以有效防止水汽，显著提高HJT光伏电池的水汽防护性能。
本发明提供如下技术方案：
一种高阻水HJT光伏电池，以N型单晶硅片为衬底，在所述衬底的上表面和下表面分别由内向外依次设置：
1)本征非晶硅或微晶硅膜层；
2)掺杂非晶硅或微晶硅的薄膜层；
3)透明导电膜层；
4)电极栅线；
还包括:5)POSS改性聚合物膜层；所述POSS改性聚合物膜的表层具有通过改性处理得到的二氧化硅薄膜。
进一步地，所述二氧化硅薄膜由如下工艺获得：采用原子态氧轰击所述POSS改性聚合物膜，使其表层失去碳、氢元素，裸露出的Si-O-Si键与原子氧反应，原位形成二氧化硅薄膜。
进一步地，所述POSS改性聚合物膜是由POSS改性聚合物涂料经涂覆、交联和固化形成，具体包括如下步骤：
步骤一：将POSS改性聚合物涂料均匀涂覆在透明导电膜的外部非电极栅线处，形成POSS涂料膜层；
步骤二：采用紫外线使所述POSS涂料膜层交联、固化，形成POSS改性聚合物膜。
进一步地，在所述工艺过程中，电池衬底温度为20℃～200℃。
进一步地，所述POSS改性聚合物涂料是以聚合物为基体、POSS为填料，通过机械掺杂或溶液共混的方式制备得到的复合材料。
可选地，所述POSS中含有一个活性反应基团，通过反应将所述POSS接枝到聚合物分子主链或侧链上，形成悬垂聚合物。
可选地，所述POSS中含有两个活性反应基团，通过反应将所述POSS嵌入到聚合物分子链中，形成嵌段聚合物。
可选地，所述POSS中含有三个及以上的活性反应基团，通过反应将多个聚合物分子链交联在一起，形成交联聚合物。
进一步地，所述POSS改性聚合物膜中，POSS所占的重量百分比在5％～50％。
与现有技术相比，本发明的有益效果是：
1)本发明通过在HJT光伏电池表面增设二氧化硅薄膜，由于二氧化硅非极性的分子结构和较紧密的排列，可以显著提高HJT光伏电池的水汽防护性能；
同时具有较高水汽防护性能的HJT光伏电池更稳定，具有较长的使用寿命，可以降低对光伏组件封装材料和封装工艺的要求，有利于降低光伏组件的制造成本，提高光伏组件的设计灵活性，拓宽光伏组件的应用领域；
2)本发明通过POSS改性聚合物膜与原子氧反应形成的二氧化硅膜的膜层较薄，使得HJT光伏电池片的温度较低，不会破坏电池的PN结和电极系统；
3)本发明采用的POSS改性聚合物膜本身具有高分子聚合物的韧性，有利于吸收作用于HJT光伏电池上的应力；
4)本发明采用的光伏电池为对称结构，同时有POSS改性聚合物膜的防护，因此，相比于现有技术的光伏电池具有较好的机械强度。
附图说明
图1为本发明高阻水HJT光伏电池的一个实施例的结构示意图。
图2为本发明高阻水HJT光伏电池POSS改性聚合物膜中POSS的结构示意图。
图3为图2所述POSS作为改性聚合物端基取代基的结构示意图。
图4为图2所述POSS作为改性聚合物侧基取代基的结构示意图。
图5为图2所述POSS作为改性聚合物嵌段的结构示意图。
图6为图2所述POSS作为改性聚合物交联剂的结构示意图。
其中，10-N型单晶硅片，20-本征非晶硅或微晶硅膜层，30-P型掺杂非晶硅或微晶硅的薄膜层，40-N型掺杂非晶硅或微晶硅的薄膜层，50-透明导电膜层，60-POSS改性聚合物膜层，61-POSS，62-聚合物分子链，70-二氧化硅薄膜，80-电极栅线。
具体实施方式
以下描述用于公开本发明以使本领域技术人员能够实现本发明。以下描述中的优选实施例只作为举例，本领域技术人员可以想到其他显而易见的变形。在以下描述中界定的本发明的基本原理可以应用于其他实施方案、变形方案、改进方案、等同方案以及没有背离本发明的精神和范围的其他技术方案。
本发明公开了一种高阻水HJT光伏电池，以N型单晶硅片10为衬底，在衬底的上表面和下表面分别由内向外依次设置：
1)本征非晶硅或微晶硅膜层20；
2)掺杂非晶硅或微晶硅的薄膜层(30，40)，其中在正极方向设置P型掺杂非晶硅或微晶硅的薄膜层30，在负极方向设置N型掺杂非晶硅或微晶硅的薄膜层40；
3)透明导电膜层50；
4)电极栅线80；
5)POSS改性聚合物膜层60；POSS改性聚合物膜60的表层具有通过改性处理得到的二氧化硅薄膜70。
所述二氧化硅薄膜70采用如下工艺获得：采用原子态氧轰击所述POSS改性聚合物膜60，使其表层失去碳、氢等元素，裸露出的Si-O-Si键与原子氧反应，原位形成二氧化硅薄膜70。
需要说明的是，在透明导电膜层50上引出有电极栅线80，它们分别从上表面和下表面的POSS改性聚合物膜层60中穿出来，这是本领域内的常规操作，目的是把电能从透明导电膜层50上涌出来。
POSS改性聚合物膜60由POSS改性聚合物涂料经涂覆、交联和固化形成，具体包括如下步骤：
步骤一：将POSS改性聚合物涂料通过印刷、旋涂、喷涂或浸渍的方式均匀涂覆在透明导电膜的外部非电极栅线处，形成涂料膜层；
步骤二：采用紫外线使步骤一的涂料膜层交联、固化，形成POSS改性聚合物膜；
在上述二氧化硅薄膜和POSS改性聚合物膜的制备过程中，保持HJT光伏电池衬底的温度为20℃～200℃，防止电极退化。
对于其中的引出线部位通过光刻掩膜或印刷掩膜的方法加以保护，待上述步骤完成后，清洗去除没有交联、固化的涂料层，制备HJT光伏电池电极或清理已有的HJT光伏电池电极。
其中，POSS改性聚合物涂料是以聚合物分子为基体、POSS为填料，通过机械的简单掺杂或溶液共混的方式制备得到的复合材料。
POSS为多面体低聚倍半硅氧烷，具有笼型结构(如图2所示)，其中R表示有机基团，可以是活性反应基团或非反应基团。
可选地，POSS中含有一个活性反应基团，其余为非反应基团，通过反应将所述POSS接枝到聚合物分子主链或侧链上，形成悬垂聚合物，POSS以端基或侧基的形式存在于聚合物中。
可选地，POSS中含有两个活性反应基团，其余为非反应基团，通过反应将所述POSS嵌入到聚合物分子链中，形成嵌段聚合物。
可选地，POSS中含有三个或三个以上的活性反应基团，其余为非反应基团，通过反应将多个聚合物分子链交联在一起，形成交联聚合物，所述POSS在聚合物中起到交联剂的作用，将多个聚合物分子连接在一起形成网状结构。
优选地，在POSS改性聚合物膜中，POSS所占的重量百分比在5％～50％。
透明导电膜优选为金属氧化物导电膜，例如氧化铟等。
实施例1
如图1所示，为一种高阻水HJT光伏电池的结构示意图，以N型单晶硅片10作为衬底，在所述衬底的下表面由内向外依次设置本征非晶硅膜层20、P型掺杂非晶硅或微晶硅的薄膜层30、透明导电膜层50、POSS改性聚合物膜层60和二氧化硅薄膜70；在所述衬底的上表面由内向外依次设置本征非晶硅膜层20、N型掺杂非晶硅或微晶硅的薄膜层40、透明导电膜层50、POSS改性聚合物膜层60和二氧化硅薄膜70，在所述上、下表面的透明导电膜层50上分别引出有用于连接正、负极的电极栅线80。
保持HJT光伏电池衬底温度为20℃～200℃，POSS改性聚合物膜60和二氧化硅薄膜70的形成过程包括：
步骤一：将POSS改性聚合物涂料通过印刷的方式均匀涂覆在透明导电膜50的外部非电极栅线处，形成涂料膜层；
步骤二：采用紫外线使所述涂料膜层交联、固化，形成POSS改性聚合物膜60；
步骤三：用原子态氧轰击所述POSS改性聚合物膜60，使其表层失去碳、氢等元素，裸露出的Si-O-Si键与原子氧反应，原位形成二氧化硅薄膜70。
其中，POSS改性聚合物涂料中的POSS 61含有一个活性反应基团，其余为非反应基团，通过反应将POSS 61接枝到聚合物分子62主链的一端或侧链上，形成悬垂聚合物(如图3、4所示)。
实施例2
高阻水HJT光伏电池的结构与实施例1相同，在此不再赘述，其不同之处在于：
保持HJT光伏电池衬底温度为20℃～200℃，POSS改性聚合物膜60和二氧化硅薄膜70的形成过程包括：
步骤一：将POSS改性聚合物涂料通过旋涂的方式均匀涂覆在透明导电膜50的外部非电极栅线处，形成涂料膜层；
步骤二：采用紫外线使所述涂料膜层交联、固化，形成POSS改性聚合物膜60；
步骤三：用原子态氧轰击所述POSS改性聚合物膜60，使其表层失去碳、氢等元素，裸露出的Si-O-Si键与原子氧反应，原位形成二氧化硅薄膜70。
其中，POSS改性聚合物涂料中的POSS 61含有两个活性反应基团，其余为非反应基团，通过反应将所述POSS 61嵌入到聚合物分子链62中，形成嵌段聚合物(如图5所示)。
实施例3
高阻水HJT光伏电池的结构与实施例1相同，在此不再赘述，其不同之处在于：
保持HJT光伏电池衬底温度为20℃～200℃，POSS改性聚合物膜60和二氧化硅薄膜70的形成过程包括：
步骤一：将POSS改性聚合物涂料通过喷涂的方式均匀涂覆在透明导电膜50的外部非电极栅线处，形成涂料膜层；
步骤二：采用紫外线使所述涂料膜层交联、固化，形成POSS改性聚合物膜60；
步骤三：用原子态氧轰击所述POSS改性聚合物膜60，使其表层失去碳、氢等元素，裸露出的Si-O-Si键与原子氧反应，原位形成二氧化硅薄膜70。
其中，POSS改性聚合物涂料中的POSS 61含有三个活性反应基团，通过反应将多个聚合物分子链62交联在一起，形成交联聚合物(如图6所示)。
综上所述，本发明公开了一种高阻水HJT光伏电池，通过在电池表面增设具有防护效果的二氧化硅薄膜，显著提高了HJT光伏电池的水汽防护性能，同时由于采用的光伏电池为对称结构，具有较好的机械强度。
最后应说明的是：以上各实施例仅用以说明本发明的技术方案，而非对其限制；尽管参照前述各实施例对本发明进行了详细的说明，本领域的普通技术人员应当理解：其依然可以对前述各实施例所记载的技术方案进行修改，或者对其中部分或者全部技术特征进行等同替换；而这些修改或者替换，并不使相应技术方案的本质脱离本发明各实施例技术方案的范围，其均应涵盖在本发明的权利要求和说明书的范围当中。

Claims (9)

1.一种高阻水HJT光伏电池，以N型单晶硅片(10)为衬底，在所述衬底的上表面和下表面分别由内向外依次设置：
1)本征非晶硅或微晶硅膜层(20)；
2)掺杂非晶硅或微晶硅的薄膜层(30，40)；
3)透明导电膜层(50)；
4)电极栅线(80)；
其特征在于：还包括5)POSS改性聚合物膜层(60)；所述POSS改性聚合物膜(60)的表层具有通过改性处理得到的二氧化硅薄膜(70)。
2.根据权利要求1所述的高阻水HJT光伏电池，其特征在于：所述二氧化硅薄膜(70)由如下工艺获得：采用原子态氧轰击所述POSS改性聚合物膜(60)，使其表层失去碳、氢元素，裸露出的Si-O-Si键与原子氧反应，原位形成二氧化硅薄膜(70)。
3.根据权利要求1所述的高阻水HJT光伏电池，其特征在于：所述POSS改性聚合物膜(60)是由POSS改性聚合物涂料经涂覆、交联和固化形成，具体包括如下步骤：
步骤一：将POSS改性聚合物涂料均匀涂覆在透明导电膜的外部非电极栅线处，形成POSS涂料膜层；
步骤二：采用紫外线使所述POSS涂料膜层交联、固化，形成POSS改性聚合物膜。
4.根据权利要求2或3所述的高阻水HJT光伏电池，其特征在于：在所述工艺过程中，电池衬底温度为20℃～200℃。
5.根据权利要求3所述的高阻水HJT光伏电池，其特征在于：所述POSS改性聚合物涂料是以聚合物为基体、POSS为填料，通过机械掺杂或溶液共混的方式制备得到的复合材料。
6.根据权利要求5所述的高阻水HJT光伏电池，其特征在于：所述POSS中含有一个活性反应基团，通过反应将所述POSS接枝到聚合物分子主链或侧链上，形成悬垂聚合物。
7.根据权利要求5所述的高阻水HJT光伏电池，其特征在于：所述POSS中含有两个活性反应基团，通过反应将所述POSS嵌入到聚合物分子链中，形成嵌段聚合物。
8.根据权利要求5所述的高阻水HJT光伏电池，其特征在于：所述POSS中含有三个及以上的活性反应基团，通过反应将多个聚合物分子链交联在一起，形成交联聚合物。
9.根据权利要求1所述的高阻水HJT光伏电池，其特征在于：所述POSS改性聚合物膜中，POSS所占的重量百分比在5％～50％之间。
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