CN110491952B - 一种pid抗性高的perc电池组件及其制备方法 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种PID抗性高的PERC电池组件及其制备方法，涉及太阳能电池技术领域，本发明包括衬底层，衬底层顶面从下到上依次设置有扩散层、SiOx正钝化层和SixNy正减反钝化保护膜层，衬底层底面从上到下依次设置有SiOx背钝化层、AlOx背钝化膜层和SixNy背减反钝化保护膜层，其特征在于，SixNy正减反钝化保护膜层的厚度为75‑95nm，其折射率为2.08‑2.13，SixNy背减反钝化保护膜层的厚度为90‑160nm，SixNy背减反钝化保护膜层的膜层数量为至少2层，且距离衬底层最近一层的折射率≥2.1，AlOx背钝化膜层的厚度为2‑28nm，AlOx背钝化膜层的折射率为1.56‑1.76，本发明通过优化电池组件排布及各层组件厚度和折射率，优化制备工艺，制得的电池抗PID性能高。
Description
技术领域
本发明涉及太阳能电池技术领域，更具体的是涉及一种PID抗性高的PERC电池组件及其制备方法。
背景技术
近年来，PID效应引发的光伏电池可靠性问题越来越受重视，PID效应(PotentialInduced Degradation)，即电势差引起的组件功率衰减，又叫电位诱导衰减。PID现象产生的机理为：水汽通过封边的硅胶或背板进入组件内部，或组件在长时间的高温高湿环境下，组件EVA中酯酸键产生分解，产生可以自由移动的醋酸根阴离子，醋酸根阴离子和玻璃中的纯碱(Na2CO3)反应将Na+析出，在电池内部电场作用下，Na+通过SiNx层漂移至硅基体，破坏PN结，最终导致组件端功率出现较大程度的衰减。
随着PID问题的增加，目前解决PERC电池PID效应的方案是采用高折射率的钝化减反膜，如专利申请号为“CN201310008588.0”公开的“能抗PID效应的太阳电池钝化减反膜”，其有两种结构，第一种：该钝化减反膜的底层为钝化减反层SiNx，折射率为2.0-2.1，厚度为70-80nm；该钝化减反膜的顶层为导电层非晶硅层，厚度为3-10nm。第二种：该钝化减反膜的底层为钝化层SiNx，折射率为2.2-2.3，厚度为9-11nm；b、该钝化减反膜的中间层为导电层非晶硅层，厚度为3-10nm；该钝化减反膜的顶层为减反层SiNx层，折射率为2.0-2.1，厚度为60-70nm。而造成PID效应的原因主要在于：(1)衬底材料电阻率及掺杂；(2)膜层工艺；(3)组件封装材料；(4)组件阵列排布；(5)组件工作环境；(6)逆变器的类型和接地方式。由上述PID失效的主要因素分析可以得出，PID失效并不能单纯依靠钝化减反膜成分和厚度的改变，其PID失效的优化需要依赖于综合性的工艺改进、材料优化、组件排布和结构改进等。
故如何解决上述技术问题，对于本领域技术人员来说很有现实意义。
发明内容
本发明的目的在于：为了解决现有PERC电池单纯依靠钝化减反膜成分和厚度的改变来解决PID效应，电池抗PID失效的性能较差的技术问题，本发明提供一种PID抗性高的PERC电池组件及其制备方法。
本发明为了实现上述目的具体采用以下技术方案：
一种PID抗性高的PERC电池组件，包括衬底层，衬底层顶面从下到上依次设置有扩散层、SiOx正钝化层和SixNy正减反钝化保护膜层，衬底层底面从上到下依次设置有SiOx背钝化层、AlOx背钝化膜层和SixNy背减反钝化保护膜层，SixNy正减反钝化保护膜层的厚度为75-95nm，其折射率为2.08-2.13，SixNy背减反钝化保护膜层的厚度为90-160nm，SixNy背减反钝化保护膜层的膜层数量为至少2层，且距离衬底层最近一层的折射率≥2.1，AlOx背钝化膜层的厚度为2-28nm，AlOx背钝化膜层的折射率为1.56-1.76。
进一步地，SixNy背减反钝化保护膜层的厚度为100nm。
进一步地，SixNy背减反钝化保护膜层的膜层数量为5层。
进一步地，SixNy正减反钝化保护膜层上表面设置有正电极，SixNy背减反钝化保护膜层下表面设置有背电场，背电场底部设置有背电极。
进一步地，背电场的厚度为5-30μm。
一种PID抗性高的PERC电池组件的制备方法，包括以下步骤：
S1：根据管式PECVD工艺，在衬底层顶面依次制备扩散层和SiOx正钝化层，在衬底层底面制备SiOx背钝化层；
S2：然后在SiOx背钝化层底面通过ALD工艺沉积形成AlOx背钝化膜层，沉积的圈数为24-36圈；
S3：然后在SiOx正钝化层顶面镀膜形成SixNy正减反钝化保护膜层，并进行退火，退火时间为17-44min，退火温度在380-480℃；
S4：然后在AlOx背钝化膜层底面镀膜形成SixNy背减反钝化保护膜层，并进行退火，退火时间为17-44min，退火温度在380-480℃。
进一步地，还包括以下步骤：
S01：在SixNy背减反钝化保护膜层底面通过532nm-1064nm的激光进行局部开槽，局部开槽区域占比0.5％-6％；
S02：在SixNy背减反钝化保护膜层底面通过丝网印刷得到背电场；
S03：在对应局部开槽镂空区域，并在非背电场区域进行丝网印刷银浆料并烘干，形成背电极；
S04：在SixNy正减反钝化保护膜层顶面进行丝网印刷正电极并烘干烧结。
本发明的有益效果如下：
1、本发明优化了PERC电池组件关键部件排布组合，且优化了各层厚度及折射率，优化SixNy正减反钝化保护膜层的厚度，确保对SiOx正钝化层的保护，同时优化AlOx背钝化膜层和SixNy背减反钝化保护膜层的厚度，提高折叠率，形成高致密膜层，同时SixNy背减反钝化保护膜层的膜层数量为至少2层，增强各层膜之间致密性和最终厚度，更好的保护AlOx背钝化膜层，增强AlOx背钝化膜层的稳定性，从而综合各方面来提高PERC电池的抗PID能力。
2、本发明制备方法通过优化AlOx背钝化膜层沉积圈数，可提高PERC电池PID抗性，同时严格控制镀膜顺序，依次按照AlOx背钝化膜层、SixNy正减反钝化保护膜层和SixNy背减反钝化保护膜层的顺序镀膜，增加了SixNy背减反钝化保护膜层的致密性，并严格控制退火时间和温度，综合提高PERC电池的抗PID能力。
附图说明
图1是本发明一种PID抗性高的PERC电池组件的结构示意图；
图2是本发明中的AlOx背钝化膜层沉积圈数对PID的影响效果图。
附图标记：1-衬底层，2-扩散层，3-SiOx正钝化层，4-SixNy正减反钝化保护膜层，5-正电极，6-SiOx背钝化层，7-AlOx背钝化膜层，8-SixNy背减反钝化保护膜层，9-背电场，10-背电极。
具体实施方式
为了使本发明的目的、技术方案及优点更加清楚明白，以下结合附图和实施例，对本发明进行进一步详细说明。应当理解，此处所描述的具体实施例仅用以解释本发明，并不用于限定本发明。
在本申请的描述中，需要理解的是，术语“中心”、“上”、“下”、“前”、“后”、“左”、“右”、“竖直”、“水平”、“顶”、“底”、“内”、“外”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本申请和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本申请的限制。
以下结合实施例对本发明的特征和性能作进一步的详细描述。
实施例1
如图1所示，本实施例提供一种PID抗性高的PERC电池组件及其制备方法，包括衬底层1，衬底层1顶面从下到上依次设置有扩散层2、SiOx正钝化层3和SixNy正减反钝化保护膜层4，衬底层1底面从上到下依次设置有SiOx背钝化层6、AlOx背钝化膜层7和SixNy背减反钝化保护膜层8，SixNy正减反钝化保护膜层4的厚度为75-95nm，其折射率为2.08-2.13，SixNy背减反钝化保护膜层8的厚度为90-160nm，SixNy背减反钝化保护膜层8的膜层数量为至少2层，且距离衬底层1最近一层的折射率≥2.1，AlOx背钝化膜层7的厚度为2-28nm，AlOx背钝化膜层7的折射率为1.56-1.76。
本实施例中，通过优化SixNy正减反钝化保护膜层的厚度，确保对SiOx正钝化层的保护，同时优化AlOx背钝化膜层和SixNy背减反钝化保护膜层的厚度，提高折叠率，形成高致密膜层，同时SixNy背减反钝化保护膜层的膜层数量为至少2层，增强各层膜之间致密性和最终厚度，更好的保护AlOx背钝化膜层，增强AlOx背钝化膜层的稳定性，并优化各膜层组合排布及折射率，从而综合提高PERC电池组件的抗PID能力。
下表1为SixNy背减反钝化保护膜层厚度对PID影响的实验测试结果表：
表1
由上表1可知，SixNy背减反钝化保护膜层厚度为100nm时对PID抗性最好，因此作为本发明的一种优选技术方案：
SixNy背减反钝化保护膜层8的厚度为100nm。
下表2为SixNy背减反钝化保护膜层的膜层数量对PID影响的实验测试结果表：
表2
由上表2可知，随着SixNy背减反钝化保护膜层的膜层数量的增加，其PID抗性能力增强，但受其厚度限制，膜层数量不宜过多，因此作为本发明的一种优选技术方案：
SixNy背减反钝化保护膜层8的膜层数量为5层。
作为本发明的一种优选技术方案：
SixNy正减反钝化保护膜层4上表面设置有正电极5，SixNy背减反钝化保护膜层8下表面设置有背电场9，背电场9底部设置有背电极10，背电场9的厚度为5-30μm。
实施例2
如图1到2所示，本实施例提供一种PID抗性高的PERC电池组件的制备方法，包括以下步骤：
S1：根据管式PECVD工艺，在衬底层1顶面依次制备扩散层2和SiOx正钝化层3，在衬底层1底面制备SiOx背钝化层6；
S2：然后在SiOx背钝化层6底面通过ALD工艺沉积形成AlOx背钝化层7，沉积的圈数为24-36圈；
S3：然后在SiOx正钝化层3顶面镀膜形成SixNy正减反钝化保护膜层4，并进行退火，退火时间为17-44min，退火温度在380-480℃；
S4：然后在AlOx背钝化层7底面镀膜形成SixNy背减反钝化保护膜层8，并进行退火，退火时间为17-44min，退火温度在380-480℃。
进一步地，还包括以下步骤：
S01：在SixNy背减反钝化保护膜层8底面通过532nm-1064nm的激光进行局部开槽，局部开槽区域占比0.5％-6％；
S02：在SixNy背减反钝化保护膜层8底面通过丝网印刷得到背电场9；
S03：在对应局部开槽镂空区域，并在非背电场9区域进行丝网印刷银浆料并烘干，形成背电极10；
S04：在SixNy正减反钝化保护膜层4顶面进行丝网印刷正电极5并烘干烧结。
本实施例中，所述的PECVD工艺流程包括清洗制绒衬底层表面、扩散形成掺杂扩散层、刻蚀抛光、表面氧化、背面ALD钝化、PECVD镀膜并退火、激光刻槽、丝网印刷和烧结，而管式PECVD工艺区别于板式PECVD工艺，镀膜过程中，硅片竖直插入石墨舟中吸附，由SiC桨送入石英炉管内作为一电极端进行镀膜，因此称为管式PECVD。本发明制备方法通过优化AlOx背钝化膜层沉积圈数，可提高PERC电池PID抗性，同时严格控制镀膜顺序，依次按照AlOx背钝化膜层、SixNy正减反钝化保护膜层和SixNy背减反钝化保护膜层的顺序镀膜，增加了SixNy背减反钝化保护膜层的致密性，并严格控制退火时间和温度，综合提高PERC电池的抗PID能力。
图2为AlOx背钝化膜层沉积圈数对PID的影响效果图，从图2可看出，取六组PERC电池，其AlOx背钝化膜沉积圈数分别为24、26、28、30、32和36圈，并分别测试对PID的影响，测试条件为：在温度85℃、湿度85％以及-1000V的条件下持续96h，结合现行控制的圈数，以及可靠性结果，AlOx背钝化膜的圈数为26时的抗PID效果最好，作为本发明的一种优选技术方案：
在步骤S2中，AlOx背钝化层7沉积的圈数为26圈。
下表3为退火时间对PID影响的实验测试结果表：
表3
由上表3可以得出，随着退火时间的延长，电池PID性能得以提升，氧浓度N2：02为(500-1500)：2000，退火降温回压N2：02为2000：2000，氧浓度比例提高，反应更加致密，对PID抗性更佳。
以上所述，仅为本发明的较佳实施例，并不用以限制本发明，本发明的专利保护范围以权利要求书为准，凡是运用本发明的说明书及附图内容所作的等同结构变化，同理均应包含在本发明的保护范围内。
Claims (5)
1.一种PID抗性高的PERC电池组件，包括衬底层(1)，其特征在于，衬底层(1)顶面从下到上依次设置有扩散层(2)、SiOx正钝化层(3)和SixNy正减反钝化保护膜层(4)，衬底层(1)底面从上到下依次设置有SiOx背钝化层(6)、AlOx背钝化膜层(7)和SixNy背减反钝化保护膜层(8)，SixNy正减反钝化保护膜层(4)的厚度为75-95nm，其折射率为2.08-2.13，SixNy背减反钝化保护膜层(8)的厚度为100nm，SixNy背减反钝化保护膜层(8)的膜层数量为2-5层，且距离衬底层(1)最近一层的折射率≥2.1，AlOx背钝化膜层(7)的厚度为2-28nm，AlOx背钝化膜层(7)的折射率为1.56-1.76。
2.根据权利要求1所述的一种PID抗性高的PERC电池组件，其特征在于，SixNy正减反钝化保护膜层(4)上表面设置有正电极(5)，SixNy背减反钝化保护膜层(8)下表面设置有背电场(9)，背电场(9)底部设置有背电极(10)。
3.根据权利要求2所述的一种PID抗性高的PERC电池组件，其特征在于，背电场(9)的厚度为5-30μm。
4.根据权利要求3所述的一种PID抗性高的PERC电池组件的制备方法，其特征在于，包括以下步骤：S1：根据管式PECVD工艺，在衬底层(1)顶面依次制备扩散层(2)和SiOx正钝化层(3)，在衬底层(1)底面制备SiOx背钝化层(6)； S2：然后在SiOx背钝化层(6)底面通过ALD工艺沉积形成AlOx背钝化膜层(7)，沉积的圈数为24-36圈； S3：然后在SiOx正钝化层(3)顶面镀膜形成SixNy正减反钝化保护膜层(4)，并进行退火，退火时间为17-44min，退火温度在380-480℃； S4：然后在AlOx背钝化膜层(7)底面镀膜形成SixNy背减反钝化保护膜层(8)，并进行退火，退火时间为17-44min，退火温度在380-480℃。
5.根据权利要求4所述的一种PID抗性高的PERC电池组件的制备方法，其特征在于，还包括以下步骤： S01：在SixNy背减反钝化保护膜层(8)底面通过532nm-1064nm的激光进行局部开槽，局部开槽区域占比0.5％-6％； S02：在SixNy背减反钝化保护膜层(8)底面通过丝网印刷得到背电场(9)； S03：在对应局部开槽镂空区域，并在非背电场(9)区域进行丝网印刷银浆料并烘干，形成背电极(10)； S04：在SixNy正减反钝化保护膜层(4)顶面进行丝网印刷正电极(5)并烘干烧结。
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