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。實驗結果表明，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范圍內的折射率對組件抗PID性能的影響沒有明顯區別，2.10的折射率生產的太陽電池轉換效率最高。

關鍵詞：PID；折射率；太陽電池轉換效率

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

1 引言

電勢誘導衰減（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生功率衰減的現象。這種現象最早是Sunpower發現的，認為是一種極化效應。近幾年，有關PID現象的報道越來越多，PID已經成為組件應用的一個重大問題[1-2]，尤其是在高溫高濕的條件下[3]。S.Pingel等研究發現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，當氮化硅膜的折射率較低時，不同PECVD工藝的太陽電池PID效應差異很大，但基本上都發生一定程度的PID效應；當氮化硅膜的折射率達大于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，當折射率不同時，太陽電池的轉換效率差別很大。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行研究，確定既能滿足組件抗PID性能，又能實現太陽電池最佳轉換效率的折射率。

2 實驗

電池片的制備是在產業化的多晶硅電池生產線上進行，用普通156mm×156mm的自產P型多晶硅片。選取晶向一致的多晶硅片進行分組，經清洗制絨、擴散、刻蝕、和臭氧氧化后，在PECVD鍍膜工序采用板式PECVD設備進行鍍膜，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。隨后正常的絲網印刷和燒結，并在STC條件（即AM1.5光譜輻照為1000W/m2，溫度25℃）下進行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驗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，對實驗組件進行EL和I-V測試（STC條件下）。將實驗組件放在DampHeat實驗條件（85℃&85%RH）下的環境實驗箱中，直流電源正極接鋁邊框，負極接組件正極引出端，施加1000V電壓。PID實驗持續96h，取出組件并在2h內完成EL和I-V測試（STC條件下），2h內完成EL和I-V測試。若組件功率損失<5%，則通過目前行業內對組件抗PID的要求測試。

3 結果與討論

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。通過計算，當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。而當氮化硅膜的折射率達大于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。

本實驗采用行業內統一使用的標準，測試臭氧氧化后硅片的親水性，親水性合格后，調整PECVD設備硅烷、氨氣流量及比例，得到不同的折射率，通過調整帶速，保證膜厚相同。

電池完成后，使用抗PID EVA進行組件封裝，并進行組件的抗PID測試。96小時測試結果如下，五組的功率衰減比數據分別為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，且衰減比數據沒有明顯差異。該試驗數據表明，在增加臭氧氧化工藝環節，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 結語

從以上試驗過程和各項測試參數能夠得知，2.10的折射率能夠實現最優的太陽電池轉換效率。而在在增加臭氧氧化工藝環節，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，太陽電池的轉換效率最高。因此可以得出結論，在增加臭氧環節和組件使用抗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換效率最高和組件抗PID的要求。

參考文獻

[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.