一种抗PID效应晶体硅太阳能电池的制作方法与流程

本发明属于晶体硅太阳能电池制造领域，具体涉及一种抗PID效应晶体硅太阳能电池的制作方法。
背景技术：
：在各类能源中，太阳能以无污染、储量大、能量分布广和市场空间大等优势，拥有着极大的发展前景。近年来，光伏发电的并网系统得到逐渐推广应用，光伏发电系统规模越来越大，系统电压随之越来越高。人们发现了一种严重的光伏组件功率衰减现象，即由光伏组件电路与其接地金属边框之间的高电压（600-1000V甚至更高）引起的组件发电功率衰减的现象，称为电位诱导衰减效应（PID效应）。光伏组件发生严重PID问题时，输出功率可以降低60%以上，甚至导致整块组件报废。造成PID效应的机理较复杂，目前的一些研究结果表明，是光伏组件封装用的玻璃中的钠离子等金属离子在高电压的作用下发生迁移，侵入电池片PN结区域，造成电池片发电功能降低。在高温、高湿的条件下，这种金属离子的迁移将更容易发生，对组件性能的破坏会更严重。根据目前的研究结果，解决PID问题需要从电池加工工艺、组件封装材料选择以及发电系统设计等几个环节着手。提升电池片的抗PID性能具有关键作用，可以从根本上降低PID衰减的风险。实现抗PID效应的方法一般有：大幅提高硅片表面的氮化硅膜的折射率，增加氮化硅膜的致密性，从而增强对钠离子的阻挡作用。这种方法要求氮化硅的折射率很高（一般达到2.12以上）并且需要较厚的厚度，由此带来的问题是氮化硅膜的减反射效果减弱，电池片正面对光的吸收减少，致使电池效率下降0.1%-0.2%（绝对值）；在硅片表面与氮化硅膜之间增加一层二氧化硅，通过二氧化硅带负电荷的特性，吸附钠离子。如在中国专利CN201410134437中，公开了一种具有抗PID效应的晶体硅太阳能电池制作方法。其做法是在硅基片和氮化硅膜之间，通过臭氧氧化的方法制作一层二氧化硅薄膜。该方法有成膜迅速的优点，但仍存在以下问题：a.因成膜速度太快，生成的二氧化硅膜较脆弱，容易出现批量性的外观白斑、手指印等不良问题，导致成本增加。b.逸散出的臭氧对人体有害，未及时分解的臭氧废气也会对设备中的部分元器件和塑料管路造成加速老化的问题。技术实现要素：本发明的目的在于针对现有技术的不足，现提供一种既能抗PID效应又有较高转化效率的抗PID效应晶体硅太阳能电池的制作方法。为解决上述技术问题，本发明采用的技术方案为：一种抗PID效应晶体硅太阳能电池的制作方法，其创新点在于：所述抗PID效应晶体硅太阳能电池在硅基层和氮化硅膜之间形成一层二氧化硅，所述具体步骤如下：（1）对硅基片进行前工序处理，所述处理包括去损伤层清洗、制绒、扩散和刻蚀步骤；（2）将处理后的硅基片进行去磷硅玻璃清洗；（3）将清洗后的硅基片浸入在一定浓度和温度的双氧水溶液中进行氧化处理，经过一定时间后取出，用去离子水进行漂洗后烘干，得到二氧化硅层；（4）在氧化硅层表面沉积氮化硅层；（5）将硅基片正面和背面进行金属化及烧结。进一步的，所述步骤（2）的具体步骤为：使用氢氟酸水溶液清洗去除硅基片表面的磷硅玻璃层，所述氢氟酸水溶液的体积浓度为3-10%，所述清洗温度为20-35℃，所述清洗时间为15-150s。进一步的，所述步骤（3）中的双氧水溶液浓度为1-25%wt，所述温度为20-65℃，所述二氧化硅层的厚度为1-5nm。进一步的，所述步骤（4）中的氮化硅层的厚度为75-90nm，所述氮化硅层的折射率为2.02-2.16。本发明的有益效果如下：（1）本发明形成的二氧化硅层厚度可以调节，一般不超过5nm，在此厚度下，二氧化硅层基本不会对氮化硅膜的减反射效果产生影响；（2）本发明采用双氧水氧化工艺得到的二氧化硅膜，膜层致密，具有较低的表面态密度，提高了对基体硅表面缺陷的钝化效果，从而提高了太阳能电池片的光电转换效率；同时，二氧化硅膜层对外界损伤、异物污染等的耐受能力强，制成的电池片成品的外观不良问题得到明显改善。（3）本发明所涉及的制作方案工艺简单、成膜速度快，不需要特殊的手段控制成膜的厚度，且原料无毒，对人体和环境无危害，大大提高了整个工艺的实用性，为大规模工业化生产提供了有效的途径。附图说明图1为本发明的制作方法流程图。具体实施方式以下由特定的具体实施例说明本发明的实施方式，熟悉此技术的人士可由本说明书所揭露的内容轻易地了解本发明的其他优点及功效。如图1所示为本发明的制作方法流程图，一种抗PID效应晶体硅太阳能电池的制作方法，抗PID效应晶体硅太阳能电池在硅基层和氮化硅膜之间形成一层二氧化硅，具体步骤如下：（1）对硅基片进行前工序处理，处理包括去损伤层清洗、制绒、扩散和刻蚀步骤；（2）将处理后的硅基片进行去磷硅玻璃清洗；具体步骤为：使用氢氟酸水溶液清洗去除硅基片表面的磷硅玻璃层，氢氟酸水溶液的体积浓度为3-10%，清洗温度为20-35℃，清洗时间为15-150s。（3）将清洗后的硅基片浸入在一定浓度和温度的双氧水溶液中进行氧化处理，经过一定时间后取出，用去离子水进行漂洗后烘干，得到二氧化硅层；双氧水溶液浓度为1-25%wt，温度为20-65℃，二氧化硅层的厚度为1-5nm。（4）在氧化硅层表面沉积氮化硅层；氮化硅层的厚度为75-90nm，氮化硅层的折射率为2.02-2.16。（5）将硅基片正面和背面进行金属化及烧结。参看图1可知，本发明的制作方法主要包括4个阶段：S1：硅基片的前工序处理阶段；S2：双氧水氧化工艺制备二氧化硅层阶段；S3：氮化硅减反射膜的制备阶段；S4：正面、背面的金属化及烧结的制备阶段；其中S1阶段的处理中，主要是对硅基片在双氧水氧化工艺之前，依次进行制绒、扩散、刻蚀的处理：先将硅基片进行去损伤清洗并制绒，然后通过扩散在硅基片中掺杂正5价元素，如通过高温扩散磷工艺形成PN结，扩散之后，对硅基片进行刻蚀去边。S2阶段是本发明的发明重点，该阶段主要是在S1阶段过后的硅基片上制作二氧化硅层。二氧化硅层因其带负电荷的特性，有效地阻止了带正电的钠离子侵入到硅基底中，因此对于抗PID的太阳能电池来说，该层氧化硅层决定了抗PID的能力。本发明在S2阶段中，利用双氧水氧化硅基片扩散表面的工艺来制备氧化硅层，完美地解决了抗PID能力同减反射效果的矛盾，能够在极薄的厚度下形成极致密的二氧化硅层，不仅保证了抗PID的性能，而且不会对氮化硅层的减反射效果带来不良影响。本发明在S2阶段中，使用双氧水作为氧化剂，其氧化能力强，成膜迅速，且因是在溶液中进行处理，同时具有对硅基片表面进行清洗的效果，有利于电池效率的提升，双氧水分解后释放出的是氧气，对人体和设备无害。废水中的双氧水会自然分解失效，对环境的不良影响很小。双氧水氧化工艺制备二氧化硅的方法包括以下步骤：S21：提供经过第一阶段处理后的硅基片；S22：对硅基片进行清洗；S23：将硅基片浸入双氧水溶液中，使硅基片的扩散面在双氧水中氧化，通过工艺时间控制，得到所需二氧化硅层。其中步骤S22的清洗处理，主要是指对经过预处理的硅基片进行酸洗，以去除其表面在扩散工序中产生的磷硅玻璃层；具体地，该清洗处理采用氢氟酸水溶液作为清洗液清洗去除磷硅玻璃层，氢氟酸水溶液的体积浓度为3-10%，清洗温度为20-35℃，清洗时间为15-150s。在步骤S23中，氧化作用由双氧水产生，溶液浓度越高、温度越高，氧化作用越强。具体地，该溶液双氧水的浓度可以为1-25%wt，处理时间为1-10min，温度为20-65℃，生成的二氧化硅膜厚度为1-5nm。第二阶段之后，在制作得到的二氧化硅层上进行第三阶段的工艺，即制作一层氮化硅减反射层。该氮化硅层可以用PECVD等沉积工艺进行制作，氮化硅的厚度为75-90nm，折射率为2.02-2.16。在完成氮化硅沉积工艺之后，进行正面、背面金属化和烧结工序，从而得到一个完整的太阳能电池产品。通过用本发明的方法制备得到的太阳能电池组件，在温度85℃，湿度85%RH，偏压-1000V条件下进行96小时的PID测试后，其功率衰减幅度在2%以内，远好于常规工艺制备电池片制作组件衰减超过30%以上的情况。从电池片的电性能对比数据发现，本发明制作的电池，其开路电压提高1mV左右，电流和填充因子均有提升，光电转换效率的绝对值提高0.05%-0.1%，说明本发明对硅基片表面的清洗强化和对硅基片表面的缺陷钝化有明显的作用。实施例1一种使用双氧水制备抗PID薄膜的方法，其步骤包括：（1）将扩散后的硅片进行刻蚀去边，清洗去除磷硅玻璃层；清洗使用的溶液是氢氟酸水溶液，氢氟酸水溶液的质量浓度为8%，溶液温度为25℃，清洗时间为50s；（2）10min后，将硅片浸入双氧水溶液中生长氧化膜，溶液温度为25℃，双氧水的浓度为3%，处理时间为4min，生成臭氧氧化层的厚度为2nm；（3）10min后，将待处理的硅片沉积氮化硅薄膜；氮化硅膜的厚度为84nm，折射率为2.08。实施例2一种使用双氧水制备抗PID薄膜的方法，其步骤包括：（1）将扩散后的硅片进行刻蚀去边，清洗去除磷硅玻璃层；清洗使用的是氢氟酸水溶液，氢氟酸水溶液的质量浓度为5%，溶液温度为20℃，清洗时间为150s；（2）20分钟后，将硅片浸入双氧水溶液中生长氧化膜，溶液温度为40℃，双氧水的浓度为6%，处理时间为2分钟，生成二氧化硅氧化层的厚度为4nm；（3）30min后，将待处理的硅片沉积氮化硅薄膜；氮化硅的厚度为81nm，折射率为2.07。对比例1一种减反射膜的制备方法，具体步骤包括：（1）将扩散后的硅片进行刻蚀去边，清洗去除磷硅玻璃层；清洗使用的是氢氟酸水溶液，氢氟酸水溶液的质量浓度为5%，溶液温度为25℃，清洗时间为150s；（2）10min后，将待处理的硅片沉积氮化硅薄膜；氮化硅的厚度为85nm，折射率为2.10。在AM1.5、光强1000W/㎡、温度25℃的条件下，测得实施例1、实施例2和对比例1制得的太阳能电池片的电性能参数，以及在85℃，85%RH，-1000V条件下进行96小时的PID测试后，组件功率衰减比例，如下表所示：Voc（V）Isc（A）FF（%）EFF（%）PID测试后功率衰减幅度实施例10.64649.398980.8420.11.70%实施例20.64679.39280.7420.070.90%对比例10.64539.399480.6520.0263%其中，Voc为开路电压，Isc为短路电流，FF为填充因子，EFF为光电转换效率，PID后功率衰减为组件在-1000V偏压下进行96小时的PID后测试的功率衰减数据。从测试所得的电性能参数可见，相对于对比例1，实施例1和实施例2所制备的电池Voc高1-2mV，效率高0.05-0.1%；PID衰减幅度从对比例一的超过60%降低至实施例1和实施例2的2%以下。综上所述，本发明提出了一种抗PID太阳能电池的制作方法，该制作方法是通过双氧水氧化的工艺，在硅基片与氮化硅膜之间制作一层二氧化硅层。由于双氧水的氧化能力极强，本发明在利用双氧水对硅基片进行氧化时，硅基片表面能够迅速的生成一层极薄的二氧化硅层。因为避免了现有技术中，由于氮化硅层折射率过高带来造成的氮化硅减反射效果降低的问题，使得本发明的太阳能电池产品完美的解决了抗PID和光利用率的矛盾。本发明所涉及的制作方案工艺简单、成膜速度快，不需要特殊的手段控制成膜的厚度，大大提高了整个工艺的实用性，是一种值得推广的提升电池片抗PID效应的方法。上述实施例只是本发明的较佳实施例，并不是对本发明技术方案的限制，只要是不经过创造性劳动即可在上述实施例的基础上实现的技术方案，均应视为落入本发明专利的权利保护范围内。当前第1页1 2 3