氮化硅膜折射率對多晶硅太陽能電池抗PID性能影響

張紅妹

摘 要：本文研究了在組件使用抗PID的EVA的條件下，不同的氮化硅膜折射率對組件抗PID性能的影響。實(shí)驗(yàn)結(jié)果表明，在電池增加了臭氧氧化，在組件使用抗PID的EVA條件下，2.02-2.18范圍內(nèi)的折射率對組件抗PID性能的影響沒有明顯區(qū)別，2.10的折射率生產(chǎn)的太陽電池轉(zhuǎn)換效率最高。

關(guān)鍵詞：PID；折射率；太陽電池轉(zhuǎn)換效率

中圖分類號：TM914 文獻(xiàn)標(biāo)識碼：A 文章編號：1671-2064（2017）04-0131-01

1 引言

電勢誘導(dǎo)衰減（potential induced degradation，PID）是指太陽電池組件在長期受到一定的外電壓下發(fā)生功率衰減的現(xiàn)象。這種現(xiàn)象最早是Sunpower發(fā)現(xiàn)的，認(rèn)為是一種極化效應(yīng)。近幾年，有關(guān)PID現(xiàn)象的報道越來越多，PID已經(jīng)成為組件應(yīng)用的一個重大問題[1-2]，尤其是在高溫高濕的條件下[3]。S.Pingel等研究發(fā)現(xiàn)太陽電池表面氮化硅膜的折射率對電池的抗PID性能有很大影響，當(dāng)?shù)枘さ恼凵渎瘦^低時，不同PECVD工藝的太陽電池PID效應(yīng)差異很大，但基本上都發(fā)生一定程度的PID效應(yīng)；當(dāng)?shù)枘さ恼凵渎蔬_(dá)大于2.2時，不同PECVD工藝的太陽電池都具有良好的抗PID性能[1]。但是，當(dāng)折射率不同時，太陽電池的轉(zhuǎn)換效率差別很大。自從組件使用抗PID的EVA后，組件的抗PID性能得到了明顯的改善。因此，需要對太陽電池氮化硅膜的折射率進(jìn)行研究，確定既能滿足組件抗PID性能，又能實(shí)現(xiàn)太陽電池最佳轉(zhuǎn)換效率的折射率。

2 實(shí)驗(yàn)

電池片的制備是在產(chǎn)業(yè)化的多晶硅電池生產(chǎn)線上進(jìn)行，用普通156mm×156mm的自產(chǎn)P型多晶硅片。選取晶向一致的多晶硅片進(jìn)行分組，經(jīng)清洗制絨、擴(kuò)散、刻蝕、和臭氧氧化后，在PECVD鍍膜工序采用板式PECVD設(shè)備進(jìn)行鍍膜，鍍膜通過不同的工藝，得到不同的折射率：2.02，2.06，2.10，2.14，2.18。隨后正常的絲網(wǎng)印刷和燒結(jié)，并在STC條件（即AM1.5光譜輻照為1000W/m2，溫度25℃）下進(jìn)行I-V測試。

每組選取效率接近的電池，用相同的封材料和工藝將各組實(shí)驗(yàn)電池封裝成市面上最常見的6×10片PV組件。組件按鋼化玻璃+EVA+電池+EVA+背板疊層、層壓并安裝接線盒和鋁合金邊框，其中，EVA使用抗PID EVA。封裝好后，對實(shí)驗(yàn)組件進(jìn)行EL和I-V測試（STC條件下）。將實(shí)驗(yàn)組件放在DampHeat實(shí)驗(yàn)條件（85℃&85%RH）下的環(huán)境實(shí)驗(yàn)箱中，直流電源正極接鋁邊框，負(fù)極接組件正極引出端，施加1000V電壓。PID實(shí)驗(yàn)持續(xù)96h，取出組件并在2h內(nèi)完成EL和I-V測試（STC條件下），2h內(nèi)完成EL和I-V測試。若組件功率損失<5%，則通過目前行業(yè)內(nèi)對組件抗PID的要求測試。

3 結(jié)果與討論

地面太陽光光譜能量的峰值在波長0.5μm，而硅太陽電池的相對響應(yīng)峰值波長在0.8μm-0.9μm，因此減反射的最佳波長范圍在0.5μm-0.7μm。通過計(jì)算，當(dāng)電池直接裸露在空氣中時，減反射的最佳折射率為1.97；考慮鈍化效果及太陽電池效率測試，最佳的折射率為2.08。而當(dāng)?shù)枘さ恼凵渎蔬_(dá)大于2.2時，不同PECVD工藝的太陽電池才會都具有良好的抗PID性能。

本實(shí)驗(yàn)采用行業(yè)內(nèi)統(tǒng)一使用的標(biāo)準(zhǔn)，測試臭氧氧化后硅片的親水性，親水性合格后，調(diào)整PECVD設(shè)備硅烷、氨氣流量及比例，得到不同的折射率，通過調(diào)整帶速，保證膜厚相同。

電池完成后，使用抗PID EVA進(jìn)行組件封裝，并進(jìn)行組件的抗PID測試。96小時測試結(jié)果如下，五組的功率衰減比數(shù)據(jù)分別為0.88%，0.83%，0.92%，0.92%，0.70%，全部滿足在DampHeat條件上96小時，衰減比小于5%的要求，且衰減比數(shù)據(jù)沒有明顯差異。該試驗(yàn)數(shù)據(jù)表明，在增加臭氧氧化工藝環(huán)節(jié)，且硅片親水性合格，組件使用抗PIDEVA的條件下，氮化硅折射率從2.02到2.18范圍，對組件的抗PID沒有不同的影響。

4 結(jié)語

從以上試驗(yàn)過程和各項(xiàng)測試參數(shù)能夠得知，2.10的折射率能夠?qū)崿F(xiàn)最優(yōu)的太陽電池轉(zhuǎn)換效率。而在在增加臭氧氧化工藝環(huán)節(jié)，且硅片親水性合格，并組件使用抗PID EVA的條件下，氮化硅折射率從2.02到2.18范圍，對組件的抗PID沒有不同的影響，而在2.10折射率時，太陽電池的轉(zhuǎn)換效率最高。因此可以得出結(jié)論，在增加臭氧環(huán)節(jié)和組件使用抗PID EVA的條件下，氮化硅膜2.10的折射率，能同時滿足太陽電池轉(zhuǎn)換效率最高和組件抗PID的要求。

參考文獻(xiàn)

[1]RUTSCHMANNI.Powerlosses below the surface[J].Photon Inter-national，2012（11）：130-137.

[2]HOFFMANN S， KOEHL M. Effect of humidity and temperature on the potential-induceddegradation[J].ProgPhotovolt：ResAppl，2014，22（2）：173-179.

[3]BAUER J，NAUMANN V，GROBER S，etal.On the mechanism of potential-induced degradation incrystalline silicon solarcells[J].Phys Status SolidiRRL，2012，6（8）：331-333.