CN116247131B - 降低太阳电池转换效率衰减的方法 - Google Patents
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Abstract
本发明提供了一种降低太阳电池转换效率衰减的方法，包括以下步骤：提供太阳电池，所述太阳电池包括硅片以及位于所述硅片上的非晶硅薄膜，所述非晶硅薄膜中具有缺陷；加热所述太阳电池，使所述太阳电池的温度为120℃～145℃，并保持20min～30min，以增加所述非晶硅薄膜中缺陷的密度；以及光照加热后的所述太阳电池，并控制所述太阳电池的温度小于100℃，以修复所述非晶硅薄膜中的缺陷。本发明能够降低所述太阳电池转换效率的衰减，从而修复所述太阳电池的转换效率。
Description
技术领域
本发明涉及太阳能电池技术领域，特别是涉及一种降低太阳电池转换效率衰减的方法。
背景技术
在太阳电池，如异质结太阳电池的制备过程中，通常需要将气体引入反应室，以在晶体硅片表面上发生化学反应生成非晶硅薄膜。其中，非晶硅薄膜作为光吸收层，增加了对太阳光谱中短波的吸收，但非晶硅薄膜和晶体硅片带隙失配较大，同时非晶硅薄膜属于不良导体，其在沉积时是无序排列的，导致非晶硅中存在着一定的悬挂键、应力和微空洞这样的结构缺陷，所以制备的异质结太阳电池在后续长时间放置期间受到环境空气分子和温度的影响时，会使得异质结太阳电池的转换效率逐渐衰减。
发明内容
基于此，有必要提供一种降低太阳电池转换效率衰减的方法，以修复所述太阳电池的转换效率。
本发明提供了一种降低太阳电池转换效率衰减的方法，包括以下步骤：
提供太阳电池，所述太阳电池包括硅片以及位于所述硅片上的非晶硅薄膜，所述非晶硅薄膜中具有缺陷；
加热所述太阳电池，使所述太阳电池的温度为120℃～145℃，并保持20min～30min，以增加所述非晶硅薄膜中缺陷的密度；以及
光照加热后的所述太阳电池，并控制所述太阳电池的温度小于100℃，以修复所述非晶硅薄膜中的缺陷。
本发明采用加热的方法使所述非晶硅薄膜中的弱键和不稳定的结合键断裂，以增加所述非晶硅薄膜中缺陷的密度，从而使所述太阳电池的转换效率迅速衰减，相比传统工艺使用长时间(通常为15天-45天)静置太阳电池等待其慢慢衰减，本发明采用的加热方法能够大大缩短从太阳电池生产到给客户交货的时间，减少太阳电池占用库存的时间，并提升太阳电池的产能。同时，加热完成后的所述太阳电池的转换效率能够保持稳定，且没有进一步衰减的趋势。进一步地，本发明还采用光修复的方法，即光照加热后的所述太阳电池，并控制所述太阳电池的温度小于100℃，以激发所述非晶硅薄膜中游离的氢原子，并使激发后的所述氢原子修复所述非晶硅薄膜中的缺陷，并同时保持所述太阳电池结构的稳定，从而使加热后的所述太阳电池的转换效率得到修复，以降低所述太阳电池转换效率的衰减。
在其中一些实施例中，光照加热后的所述太阳电池的光强度为92kW/m2～99kW/m2。
本发明采用高强度的光照射加热后的所述太阳电池，大量的光注入所述非晶硅薄膜能够修复所述非晶硅薄膜中的缺陷，从而降低所述太阳电池转换效率的衰减，并保持所述太阳电池结构的稳定性。
在其中一些实施例中，光照加热后的所述太阳电池的时间为20s～39s。
本发明将光照加热后的所述太阳电池的时间控制在20s～39s。其中，如果照射时间太长，则会导致所述太阳电池的温度升高，破坏修复过程；如果照射时间太短，则会使被光激发后的氢原子没有充足的时间修复所述非晶硅薄膜中的缺陷。
在其中一些实施例中，光照加热后的所述太阳电池具体包括以下步骤：
在真空环境下通过发光二极管光照加热后的所述太阳电池。
本发明采用真空环境能够减少由于光照而产生的温度上升，从而能够避免温度上升对所述太阳电池修复过程带来的副作用(即温度上升会使太阳电池的转换效率再度衰减)。同时，光学在真空环境下的亮度也会比光线在非真空环境下的亮度更大。另外，由于加热后的所述太阳电池处于真空环境，因此加热后的所述太阳电池周围的杂质较少，从而能够避免杂质对所述太阳电池修复过程带来的副作用。
在其中一些实施例中，在真空环境下通过发光二极管光照加热后的所述太阳电池的过程中，采用散热器降低所述发光二极管的温度。
本发明采用散热器能够降低所述发光二极管的温度，因而能够降低所述太阳电池的温度，并将所述太阳电池的温度控制在100℃以下。
在其中一些实施例中，所述散热器为冷风散热器。
在其中一些实施例中，在真空环境下通过发光二极管光照加热后的所述太阳电池具体包括以下步骤：
将加热后的所述太阳电池放置在第二容器中，并对所述第二容器抽真空；
使用所述发光二极管光照加热后的所述太阳电池。
在其中一些实施例中，所述缺陷包括悬挂键、应力、微空洞、硅-硅键断裂以及硅-氢键断裂中的至少一种。
在其中一些实施例中，加热所述太阳电池，使所述太阳电池的温度为120℃～145℃，并保持20min～30min具体包括以下步骤：
将所述太阳电池放置在第一容器中，加热所述第一容器以使所述第一容器内的温度为120℃～145℃，从而使所述太阳电池的温度为120℃～145℃，并在120℃～145℃的温度下保持20min～30min。
在其中一些实施例中，所述太阳电池还包括位于所述非晶硅薄膜上的透明导电氧化物薄膜以及位于所述透明导电氧化物薄膜上的电极。
附图说明
图1为本发明提供的降低太阳电池转换效率衰减的流程图；
图2为本发明实施例1和对比例1制备的处理后的太阳电池转换效率的衰减比例图；
图3为本发明采用实施例1和对比例1的方法制备的处理后的太阳电池的每班的产量图。
具体实施方式
为了便于理解本发明，下面将参照相关附图对本发明进行更全面的描述。附图中给出了本发明的较佳实施例。但是，本发明可以以许多不同的形式来实现，并不限于本文所描述的实施例。相反地，提供这些实施例的目的是使对本发明的公开内容的理解更加透彻全面。
除非另有定义，本文所使用的所有的技术和科学术语与属于本发明的技术领域的技术人员通常理解的含义相同。本文中在本发明的说明书中所使用的术语只是为了描述具体的实施例的目的，不是旨在于限制本发明。本文所使用的术语“和/或”包括一个或多个相关的所列项目的任意的和所有的组合。
请参阅图1，本发明提供一种降低太阳电池转换效率衰减的方法，包括以下步骤：
步骤S11、提供太阳电池。
在一实施例中，所述太阳电池包括硅片、位于所述硅片上的非晶硅薄膜、位于所述非晶硅薄膜上的透明导电氧化物薄膜(TCO)、以及位于所述透明导电氧化物薄膜上的电极。其中，所述太阳电池为刚生产完的太阳电池。在一实施例中，所述太阳电池可为异质结太阳电池。
其中，在每一个所述太阳电池中，所述硅片的数量为一个，所述非晶硅薄膜的数量为两个，所述透明导电氧化物薄膜的数量也为两个。其中一个非晶硅薄膜包括位于所述硅片其中一表面上的i层非晶硅薄膜以及位于所述i层非晶硅薄膜上的N层非晶硅薄膜，另一个非晶硅薄膜包括位于所述硅片另一表面上的i层非晶硅薄膜以及位于所述i层非晶硅薄膜上的P层非晶硅薄膜。两个所述透明导电氧化物薄膜分别位于两个所述非晶硅薄膜上。
其中，所述非晶硅薄膜通过化学气相沉积(CVD)的方法制备。具体地，利用硅烷SiH4的电离反应沉积所述i层非硅晶薄膜，再分别利用磷烷PH3、硼烷B2H6、硅烷SiH4以及氢气H2电离制作所述N层非晶硅薄膜和所述P型非晶硅薄膜。其中，制作的所述i层非晶硅薄膜来钝化所述硅片表面的缺陷，但同时也可能会形成一些不稳定的硅-硅键和硅-氢键等缺陷，同时无序的镀膜沉积时，所述i层非晶硅薄膜与N层非晶硅薄膜之间以及所述i层非晶硅薄膜与所述P层非晶硅薄膜之间也可能存在着悬挂键、应力和微空洞这样的结构缺陷，这些不稳定的因素在制成成品太阳电池后并没有完全消除，在受到外界空气和温度持续长时间的影响，当太阳电池发电时会捕获光子激发的少子，从而带来持续的转换效率衰减。所以本发明后续对成品太阳电池进行加热使太阳电池的转换效率迅速衰减，使所述非晶硅薄膜中不稳定的硅-硅键和硅-氢键迅速断裂，方便后续激化的氢原子修复，而非常规的等待长时间(通常为15天-45天)的静置衰减，浪费时间和占用大量的空间。
其中，所述透明导电氧化物薄膜具有较好的透光性。在一实施例中，所述电极的材料可为银。在其他实施例中，所述电极的材料还可为其他金属，如铜。
步骤S12、加热所述太阳电池，使所述太阳电池的温度为120℃～145℃，并保持20min～30min，以增加所述非晶硅薄膜中缺陷的密度。
具体地，将所述太阳电池放置在第一容器中，加热所述第一容器以使所述第一容器内的温度为120℃～145℃，从而使所述太阳电池的温度为120℃～145℃，并在120℃～145℃的温度下保持20min～30min，以使所述非晶硅薄膜中的弱键和不稳定的结合键断裂，从而增加所述非晶硅薄膜中缺陷的密度。
在一实施例中，可通过加热使所述太阳电池的温度为120℃～140℃、120℃～135℃、120℃～130℃、120℃～125℃、125℃～145℃、125℃～140℃、125℃～135℃、125℃～130℃、130℃～145℃、130℃～140℃、130℃～135℃、135℃～145℃、135℃～140℃或140℃～145℃。
其中，加热完成所述太阳电池后，加热完成后的所述太阳电池的转换效率能够保持稳定，且不会随着时间而衰减。
其中，由于制备所述非晶硅薄膜的工艺温度通常为190℃～230℃，而本发明在步骤S12中加热所述太阳电池的温度为120℃～145℃，因此不会破坏所述非晶硅薄膜原有的结构，而只会使所述非晶硅薄膜中的弱键和不稳定的结合键断裂，以增加所述非晶硅薄膜中缺陷的密度。
其中，加热所述太阳电池能使所述非晶硅薄膜中的弱键和不稳定的结合键断裂，以增加所述非晶硅薄膜中缺陷的密度，从而使所述太阳电池的转换效率迅速衰减，相比传统工艺使用长时间(通常为15天-45天)静置太阳电池等待其慢慢衰减，本发明采用的加热方法能够大大缩短从太阳电池生产到给客户交货的时间，减少太阳电池占用库存的时间，并提升太阳电池的产能。同时，由于本发明采用的加热方法能够大大缩短从太阳电池生产到给客户交货的时间，因此能够避免传统工艺由于太阳电池长时间静置而导致的氧化。
步骤S13、光照加热后的所述太阳电池，并控制所述太阳电池的温度小于100℃，以激发所述非晶硅薄膜中游离的氢原子，并使激发后的所述氢原子修复所述缺陷。
具体地，将加热后的所述太阳电池放置在第二容器中，并对所述第二容器抽真空，然后使用发光二极管(LED)以92kW/m2～99kW/m2的光强度照射加热后的所述太阳电池，并照射20s～39s，同时控制所述太阳电池的温度小于100℃，以激发所述非晶硅薄膜中游离的氢原子，并使激发后的所述氢原子修复所述非晶硅薄膜中的缺陷。
其中，所述发光二极管可设置在所述第二容器的外面，且所述第二容器为透明容器，以使所述发光二极管发射出来的光能够透过所述透明容器而照射到所述太阳电池上，进而照射到所述非晶硅薄膜上。
在一实施例中，光照加热后的所述太阳电池，并控制所述太阳电池的温度为90℃、80℃、70℃、60℃、50℃、40℃、30℃、20℃或10℃。可以理解，所述太阳电池的温度和所述非晶硅薄膜的温度相等。即当所述太阳电池的温度小于100℃时，所述非晶硅薄膜的温度也小于100℃。
在一实施例中，光照加热后的所述太阳电池的光强度可为92kW/m2～97kW/m2、92kW/m2～95kW/m2、92kW/m2～93kW/m2、94kW/m2～97kW/m2、94kW/m2～95kW/m2或96kW/m2～97kW/m2。
在一实施例中，在使用所述发光二极管照射加热后的所述太阳电池的过程中，还可采用散热器降低所述发光二极管由于自身工作而产生的温度，以保证所述太阳电池，即所述非晶硅薄膜在修复过程中所需要的低温环境。在一实施例中，所述散热器可为冷风散热器。其中，所述冷风散热器具有较大的功率。
本发明采用所述发光二极管照射加热后的所述太阳电池的时间控制在20s～39s。其中，如果照射时间太长，则会导致所述太阳电池的温度升高，破坏修复过程；如果照射时间太短，则会使被光激发后的氢原子没有充足的时间修复所述非晶硅薄膜中的缺陷。
在一实施例中，所述发光二极管照射加热后的所述太阳电池的时间可为20s、22s、24s、26s、28s、30s、32s、34s、36s或38s。
其中，由于所述发光二极管发射出的光为非辐射光，在真空环境中无介质的情况下不会带来温度的迅速提升，从而能够避免温度上升对所述太阳电池修复过程带来的副作用(即温度上升会使太阳电池的转换效率再度衰减)。同时，光学在真空环境下的亮度也会比光线在非真空环境下的亮度更大。另外，由于所述第二容器内为真空环境，因此所述第二容器内的杂质较少，从而能够避免杂质对所述太阳电池修复过程带来的副作用。
本发明在真空环境下采用高强度的发光二极管光注入+合理时间修复缺陷的方法，大量的光注入所述非晶硅薄膜能够修复所述非晶硅薄膜中的缺陷，从而降低所述太阳电池转换效率的衰减，并保持所述太阳电池结构的稳定性。因为光照时间较短，所述太阳电池的温度可以控制在100℃以下，同时采用大功率的所述冷风散热器，降低所述发光二极管由于自身工作而产生的温度，保障所述太阳电池在修复过程中所需的低温无杂质环境，防止所述太阳电池在LED光注入再次受到热衰减，这样得到的太阳电池的转换效率基本得到修复，并保持较长时间稳定，可以直接发货客户，增加货物流转速度和减少场地空间占用。
本发明采用加热的方法使所述非晶硅薄膜中的弱键和不稳定的结合键断裂，以增加所述非晶硅薄膜中缺陷的密度，从而使所述太阳电池的转换效率迅速衰减，相比传统工艺使用长时间(通常为15天-45天)静置太阳电池等待其慢慢衰减，本发明采用的加热方法能够大大缩短从太阳电池生产到给客户交货的时间，减少太阳电池占用库存的时间，并提升太阳电池的产能。同时，加热完成后的所述太阳电池的转换效率能够保持稳定，且没有进一步衰减的趋势。进一步地，本发明还采用光修复的方法，即光照加热后的所述太阳电池，并控制所述太阳电池的温度小于100℃，以激发所述非晶硅薄膜中游离的氢原子，并使激发后的所述氢原子修复所述非晶硅薄膜中的缺陷，并同时保持所述太阳电池结构的稳定，从而使加热后的所述太阳电池的转换效率得到修复，以降低所述太阳电池转换效率的衰减。
以下通过具体实施例和对比例对本发明作进一步说明。
实施例1
(1)提供刚生产完的太阳电池，太阳电池包括硅片、位于硅片上的非晶硅薄膜、位于非晶硅薄膜上的透明导电氧化物薄膜、以及位于透明导电氧化物薄膜上的银电极。其中，在每一个太阳电池中，硅片的数量为一个，非晶硅薄膜的数量为两个，透明导电氧化物薄膜的数量也为两个。其中一个非晶硅薄膜包括位于硅片其中一表面上的i层非晶硅以及位于i层非晶硅上的N层非晶硅，另一个非晶硅薄膜包括位于硅片另一表面上的i层非晶硅以及位于i层非晶硅上的P层非晶硅。两个透明导电氧化物薄膜分别位于两个非晶硅薄膜上。
(2)将太阳电池放置在第一容器中，加热第一容器以使第一容器内的温度为130℃，从而使太阳电池的温度为130℃，并在130℃的温度下保持25min，以使非晶硅薄膜中的弱键和不稳定的结合键断裂，从而增加非晶硅薄膜中缺陷的密度。
(3)将加热后的太阳电池放置在第二容器中，并对第二容器抽真空，然后使用发光二极管以95kW/m2的光强度照射加热后的太阳电池，并照射30s，同时控制太阳电池的温度小于100℃，以激发非晶硅薄膜中游离的氢原子，并使激发后的氢原子修复非晶硅薄膜中的缺陷。同时采用大功率的冷风散热器，以降低发光二极管由于自身工作而产生的温度，最终得到处理后的太阳电池。
对比例1
(1)提供刚生产完的太阳电池，太阳电池包括硅片、位于硅片上的非晶硅薄膜、位于非晶硅薄膜上的透明导电氧化物薄膜、以及位于透明导电氧化物薄膜上的银电极。其中，在每一个太阳电池中，硅片的数量为一个，非晶硅薄膜的数量为两个，透明导电氧化物薄膜的数量也为两个。其中一个非晶硅薄膜包括位于硅片其中一表面上的i层非晶硅薄膜以及位于i层非晶硅薄膜上的N层非晶硅薄膜，另一个非晶硅薄膜包括位于硅片另一表面上的i层非晶硅薄膜以及位于i层非晶硅薄膜上的P层非晶硅薄膜。两个透明导电氧化物薄膜分别位于两个非晶硅薄膜上。
(2)将太阳电池放置在仓库中20天，以使太阳电池的转换效率衰减，最终得到处理后的太阳电池。
(一)实施例1和对比例1均得到1000个处理后的太阳电池，并分别测试实施例1和对比例1中处理后的太阳电池转换效率相对刚生产完的太阳电池转换效率的衰减比例。
(二)请参阅图2，由此可知，实施例1中处理后的太阳电池转换效率的衰减比例(即2022年9月至2022年11月)平均为0.02％(即图2中的改善后)，而对比例1中处理后的太阳电池转换效率的衰减比例(即2022年3月至2022年8月)平均为0.30％(即图2中的改善前)。这说明相比对比例1，实施例1中处理后的太阳电池转换效率的衰减比例显著降低，从而表明实施例1中处理后的太阳电池的转换效率基本得到修复，并能够保持较长时间的稳定。其中，图2中的纵坐标为太阳电池转换效率的衰减比例。
(三)请参阅图3，相比对比例1，实施例1能够大大缩短从太阳电池生产到给客户交货的时间，同时不用长时间占用库存空间，太阳电池的产能明显提升，每班提升产量3500片。其中，图3中的纵坐标为太阳电池的单线产能/每班，图3中的改善前对应于对比例1的单线产能/每班(片)，改善后对应于实施例1的单线产能/每班(片)。
本发明采用加热的方法使所述非晶硅薄膜中的弱键和不稳定的结合键断裂，以增加所述非晶硅薄膜中缺陷的密度，从而使所述太阳电池的转换效率迅速衰减，相比传统工艺使用长时间(通常为15天-45天)静置太阳电池等待其慢慢衰减，本发明采用的加热方法能够大大缩短从太阳电池生产到给客户交货的时间，减少太阳电池占用库存的时间，并提升太阳电池的产能。同时，加热完成后的所述太阳电池的转换效率能够保持稳定，且没有进一步衰减的趋势。进一步地，本发明还采用光修复的方法，即光照加热后的所述太阳电池，并控制所述太阳电池的温度小于100℃，以激发所述非晶硅薄膜中游离的氢原子，并使激发后的所述氢原子修复所述非晶硅薄膜中的缺陷，并同时保持所述太阳电池结构的稳定，从而使加热后的所述太阳电池的转换效率得到修复，以降低所述太阳电池转换效率的衰减。
以上所述实施例的各技术特征可以进行任意的组合，为使描述简洁，未对上述实施例中的各个技术特征所有可能的组合都进行描述，然而，只要这些技术特征的组合不存在矛盾，都应当认为是本说明书记载的范围。
以上所述实施例仅表达了本发明的几种实施方式，其描述较为具体和详细，但并不能因此而理解为对发明专利范围的限制。应当指出的是，对于本领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明构思的前提下，还可以做出若干变形和改进，这些都属于本发明的保护范围。因此，本发明专利的保护范围应以所附权利要求为准。
Claims (10)
1.一种降低太阳电池转换效率衰减的方法，其特征在于，包括以下步骤：
提供太阳电池，所述太阳电池包括硅片以及位于所述硅片上的非晶硅薄膜，所述非晶硅薄膜中具有缺陷；
加热所述太阳电池，使所述太阳电池的温度为120℃～145℃，并保持20min～30min，以增加所述非晶硅薄膜中缺陷的密度；以及
光照加热后的所述太阳电池，并控制所述太阳电池的温度小于100℃，以修复所述非晶硅薄膜中的缺陷。
2.如权利要求1所述的降低太阳电池转换效率衰减的方法，其特征在于，光照加热后的所述太阳电池的光强度为92kW/m2～99kW/m2。
3.如权利要求1所述的降低太阳电池转换效率衰减的方法，其特征在于，光照加热后的所述太阳电池的时间为20s～39s。
4.如权利要求1所述的降低太阳电池转换效率衰减的方法，其特征在于，光照加热后的所述太阳电池具体包括以下步骤：
在真空环境下通过发光二极管光照加热后的所述太阳电池。
5.如权利要求4所述的降低太阳电池转换效率衰减的方法，其特征在于，在真空环境下通过发光二极管光照加热后的所述太阳电池的过程中，采用散热器降低所述发光二极管的温度。
6.如权利要求5所述的降低太阳电池转换效率衰减的方法，其特征在于，所述散热器为冷风散热器。
7.如权利要求4所述的降低太阳电池转换效率衰减的方法，其特征在于，在真空环境下通过发光二极管光照加热后的所述太阳电池具体包括以下步骤：
将加热后的所述太阳电池放置在第二容器中，并对所述第二容器抽真空；
使用所述发光二极管光照加热后的所述太阳电池。
8.如权利要求1至7中任一项所述的降低太阳电池转换效率衰减的方法，其特征在于，所述缺陷包括悬挂键、应力、微空洞、硅-硅键断裂以及硅-氢键断裂中的至少一种。
9.如权利要求1至7中任一项所述的降低太阳电池转换效率衰减的方法，其特征在于，加热所述太阳电池，使所述太阳电池的温度为120℃～145℃，并保持20min～30min具体包括以下步骤：
将所述太阳电池放置在第一容器中，加热所述第一容器以使所述第一容器内的温度为120℃～145℃，从而使所述太阳电池的温度为120℃～145℃，并在120℃～145℃的温度下保持20min～30min。
10.如权利要求1至7中任一项所述的降低太阳电池转换效率衰减的方法，其特征在于，所述太阳电池还包括位于所述非晶硅薄膜上的透明导电氧化物薄膜以及位于所述透明导电氧化物薄膜上的电极。
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