CN213071156U - 低pid衰减双面perc电池 - Google Patents

低pid衰减双面perc电池 Download PDF

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Abstract

本申请公开了一种低PID衰减双面PERC电池，涉及太阳电池的技术领域，本申请的低PID衰减双面PERC电池，包括从上到下依次设置的正面减反层、正面二氧化硅钝化层硅衬底、磷源掺杂层、硅衬底、背面钝化层、背面减反层，还包括设于硅衬底两端的正面金属电极层和背面金属电极层。其中，正面减反层包括正面氮氧化硅减反层和氮化硅减反层，背面钝化层包括二氧化硅钝化层和氧化铝钝化层。本申请通过采用不同厚度和折射率的减反射膜相互组合，增加了太阳入射光的光通量，制备出了PID抗性高的双面PERC太阳电池，降低了双面PERC太阳电池组件的功率衰减，提高了双面PERC电池的光电转化效率，增加了双面PERC电池组件的寿命。

Description

低PID衰减双面PERC电池
技术领域
本申请涉及太阳电池的技术领域，具体而言，涉及一种低PID衰减双面PERC电池。
背景技术
随着光伏装机量的增加，量产型晶硅太阳电池的产能也随之增加。占目前晶硅太阳电池的80％以上市场的是P型晶硅太阳电池。近年来，PID(Potential InducedDegradation)效应引发的电池组件可靠性问题越来越受重视。PID效应，即由于电势差引起的组件功率衰减，又叫电位诱导衰减。对目前产生PID衰减的机理为：水蒸气通过封边的硅胶或背板进入组件，在长时间的高温高湿条件下，封装材料的EVA(Ethylene VinylAcetate Copolymer；乙烯－醋酸乙烯共聚物)发生水解，形成酯酸键，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主要成分硅酸盐反应，产生的Na+在电池内部电场作用下，Na+通过氮化硅(SiNx)层漂移至硅基体，破坏晶硅太阳电池的PN结，影响电池组件的寿命和功率。
实用新型内容
本申请的目的在于提供一种低PID衰减双面PERC电池，其能够通过采用不同厚度和折射率的减反射膜相互组合，增加了太阳入射光的光通量，制备出了PID抗性高的双面PERC太阳电池，降低了双面PERC太阳电池组件的功率衰减，提高了双面PERC电池的光电转化效率，增加了双面PERC电池组件的寿命。
本申请的实施例是这样实现的：
一种低PID衰减双面PERC电池，包括正面金属电极层、正面减反层、硅衬底、磷源掺杂层、背面钝化层、背面减反层以及背面金属电极层，所述硅衬底具有正面和反面，所述磷源掺杂层设于所述正面上，所述背面钝化层设于所述背面上。其中，所述正面金属电极层、所述正面减反层、所述磷源掺杂层、所述硅衬底、所述背面钝化层、所述背面减反层、所述背面金属电极层从上到下依次设置。
于一实施例中，所述低PID衰减双面PERC电池还包括正面二氧化硅钝化层，所述正面二氧化硅钝化层设于所述磷源掺杂层和所述正面减反层之间。
于一实施例中，所述正面二氧化硅钝化层的厚度为3—10nm。
于一实施例中，所述背面钝化层包括氧化铝钝化层，所述氧化铝钝化层的厚度为5—10nm。
于一实施例中，所述背面钝化层还包括背面二氧化硅钝化层，所述背面二氧化硅(SiO2)钝化层设于所述氧化铝(Al2O3)钝化层和所述硅衬底之间，所述背面二氧化硅(SiO2)钝化层的厚度为3—10nm。
于一实施例中，所述正面减反层包括正面氮化硅(SixNy)减反层，所述正面氮化硅(SixNy)减反层的厚度为70—80nm。
于一实施例中，所述正面减反层还包括正面氮氧化硅(SiOxNy)减反层，所述正面氮氧化硅(SiOxNy)减反层设于所述氮化硅(SixNy)减反层和所述正面金属电极层之间，所述正面氮氧化硅(SiOxNy)减反层厚度为厚度在30—50nm。
于一实施例中，所述背面减反层包括背面氮氧化硅(SiOxNy)减反层，设于所述背面金属电极层和所述背面钝化层之间，所述背面氮氧化硅(SiOxNy)减反层的厚度80—120nm。
于一实施例中，所述背面减反层包括背面氮化硅减反层，设于所述背面金属电极层和所述背面钝化层之间，所述背面氮化硅减反层的厚度为100—130nm。
于一实施例中，所述硅衬底的厚度为100—180μm。
本申请与现有技术相比的有益效果是：
本申请的低PID衰减双面PERC电池，正面采用匹配不同折射率的氮化硅(SixNy)和氮氧化硅(SiOxNy)减反射层膜，增加了入射光的利用率。利用不同厚度的致密减反层在组件端正面阻碍玻璃封装材料中析出的Na+，防止Na+破坏双面PERC电池的正面PN结。背面采用致密的氮氧化硅(SiOxNy)减反层在组件端背面阻碍玻璃封装材料中析出的Na+，防止Na+破坏双面PERC电池的高低结。在通过减反射膜和钝化膜的组合制备出了PID抗性高的双面PERC太阳电池。降低了双面PERC太阳电池组件的功率衰减，提高了双面PERC电池的光电转化效率，增加双面PERC电池组件的寿命。
附图说明
为了更清楚地说明本申请实施例的技术方案，下面将对实施例中所需要使用的附图作简单地介绍，应当理解，以下附图仅示出了本申请的某些实施例，因此不应被看作是对范围的限定，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他相关的附图。
图1为本申请一实施例示出的低PID衰减双面PERC电池的结构示意图。
图2为本申请一实施例示出的低PID衰减双面PERC电池的结构示意图。
图3为本申请一实施例示出的PID衰减测试的结果示意图。
图标：1－低PID衰减双面PERC电池；2－正面金属电极层；3－正面减反层；31－正面氮氧化硅(SiOxNy)减反层；32－正面氮化硅(SixNy)减反层；4－正面二氧化硅(SiO2)钝化层；5－磷源掺杂层；6－硅衬底；7－背面钝化层；71－背面二氧化硅(SiO2)钝化层；72－氧化铝(Al2O3)钝化层；8－背面减反层；81－背面氮氧化硅(SiOxNy)减反层；82－背面氮化硅(SixNy)减反层；9－背面金属电极层。
具体实施方式
术语“第一”、“第二”、“第三”等仅用于区分描述，并不表示排列序号，也不能理解为指示或暗示相对重要性。
此外，术语“水平”、“竖直”、“悬垂”等术语并不表示要求部件绝对水平或悬垂，而是可以稍微倾斜。如“水平”仅仅是指其方向相对“竖直”而言更加水平，并不是表示该结构一定要完全水平，而是可以稍微倾斜。
在本申请的描述中，需要说明的是，术语“内”、“外”、“左”、“右”、“上”、“下”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，或者是该申请产品使用时惯常摆放的方位或位置关系，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。
在本申请的描述中，除非另有明确的规定和限定，术语“设置”、“安装”、“相连”、“连接”应做广义理解，例如，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或一体地连接；可以是机械连接，也可以是电连接；可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连，可以是两个元件内部的连通。
下面将结合附图对本申请的技术方案进行清楚、完整地描述。
请参照图1，其为本申请一实施例示出的低PID衰减双面PERC电池1的结构示意图。本实施例中的低PID衰减双面PERC电池1，从上到下依次设置为：正面减反层3、正面二氧化硅(SiO2)钝化层4、磷源掺杂层5、硅衬底6、背面钝化层7和背面减反层8，硅衬底6的两端设有正面金属电极层2和背面金属电极层9。其中，正面减反层3包括两层，分别为正面氮氧化硅(SiOxNy)减反层31和正面氮化硅(SixNy)减反层32，正面氮化硅(SixNy)减反层32设于正面氮氧化硅(SiOxNy)减反层31与正面二氧化硅(SiO2)钝化层4之间；背面钝化层7也包括两层，分别为背面二氧化硅(SiO2)钝化层71和氧化铝(Al2O3)钝化层72，背面二氧化硅(SiO2)钝化层71设于氧化铝(Al2O3)钝化层72与硅衬底6之间，背面减反层8为背面氮氧化硅(SiOxNy)减反层81。本实施例通过以下步骤制备而成：
步骤S101：提供硅衬底6制备低PID衰减双面PERC电池1，首先对硅衬底6进行清洗、表面进行抛光，硅衬底6的厚度为100—180μm。
本步骤中，硅衬底6为p型单晶硅衬底6。
步骤S102：在硅衬底6的正面进行低压热扩散。
步骤S103：在硅衬底6的正面上设置磷源掺杂层5，形成PN结，然后通过热氧的方式在磷源掺杂层5的正面上生长一层正面二氧化硅(SiO2)钝化层4；通过热氧的方式在在硅衬底6的背面生长一层背面二氧化硅(SiO2)钝化层71。
本步骤中，通过在管式退火炉通入氮气和氧气(N2和O2混合比为5：1—10：1，退火温度(700—800℃)，使正面二氧化硅(SiO2)钝化层4和背面二氧化硅(SiO2)钝化层71的厚度均为3—10nm。其中，磷源掺杂层5的掺杂浓度为1016—1020/cm3，厚度为300—500nm。
步骤S104：通过使用PECVD(Plasma Enhanced Chemical Vapor Deposition，等离子体增强化学的气相沉积法)，在正面二氧化硅(SiO2)钝化层4的正面上沉积正面氮化硅(SixNy)减反层32。
本步骤中，等离子体的功率密度为50—250mW/cm2，使用的气体为SiH4和NH3，比例为6：1—3：1，制备出的正面氮化硅(SixNy)减反层32的厚度为50—70nm，折射率为2.05－2.10。
步骤S105：通过使用PECVD(Plasma Enhanced Chemical Vapor Deposition，等离子体增强化学的气相沉积法)，在正面氮化硅(SixNy)减反层32的正面上沉积正面氮氧化硅(SiOxNy)减反层31。
本步骤中，等离子体的功率密度为100—300mW/cm2，使用的气体为SiH4和N2O，SiH4的体积和N2O的体积的比例为：1.5：1—5：1，制备出的氮氧化硅(SiOxNy)减反层的厚度为30—50nm，折射率为1.5－1.9。
步骤S106：通过ALD(Atomic layer deposition，原子层沉积)，在背面二氧化硅(SiO2)钝化层71的背面，制备一层氧化铝(Al2O3)钝化层72，厚度为5—10nm。
步骤S107：通过使用PECVD(Plasma Enhanced Chemical Vapor Deposition，等离子体增强化学的气相沉积法)，在氧化铝(Al2O3)钝化层72的背面上沉积背面氮氧化硅(SiOxNy)减反层81。
本步骤中，等离子体的功率密度为100—300mW/cm2，使用的气体为SiH4和N2O，SiH4的体积和N2O的体积的比例为：1.5：1—5：1，制备出的背面氮氧化硅(SiOxNy)减反层81厚度为80—120nm，折射率为2.05－2.10。
步骤S108：通过激光，在背面氮氧化硅(SiOxNy)减反层81的背面上对减反膜和钝化层开槽，再进行丝网印刷，制备背面金属电极层9。
本步骤中，电极栅线的宽度为40—80μm，高度为25—50μm，背面金属电极层9包含Cu或Cu与Mo、W、Ti、Ni、Al、Mg、Ta、Sn、Ag至少之一所形成的合金，或者Ag或Ag的合金。
步骤S109：通过激光，在正面氮氧化硅(SiOxNy)减反层31的正面进行丝网印刷，制备正面金属电极层2。
本步骤中，电极栅线的宽度为40—80μm，高度为50—80μm，正面金属电极层2包含Cu或Cu与Mo、W、Ti、Ni、Al、Mg、Ta、Sn、Ag至少之一所形成的合金，或者Ag或Ag的合金。
本申请的低PID衰减双面PERC电池1，正面采用匹配不同折射率的氮化硅(SixNy)和氮氧化硅(SiOxNy)减反射层膜，增加了入射光的利用率。利用不同厚度的致密减反层在组件端正面阻碍玻璃封装材料中析出的Na+，防止Na+破坏双面PERC电池的正面PN结。背面采用致密的氮氧化硅(SiOxNy)减反层在组件端背面阻碍玻璃封装材料中析出的Na+，防止Na+破坏双面PERC电池的高低结。通过减反射膜和钝化膜的组合制备出了低PID衰减双面PERC电池1，降低了双面PERC太阳电池组件的功率衰减，提高了双面PERC电池的光电转化效率，增加双面PERC电池组件的寿命。
请参照图2，其为本申请一实施例示出的低PID衰减双面PERC电池1的结构示意图。本实施例中的低PID衰减双面PERC电池1，从上到下依次设置为：正面减反层3、磷源掺杂层5、硅衬底6、背面钝化层7和背面减反层8，硅衬底6的两端设有正面金属电极层2和背面金属电极层9。其中，正面减反层3为正面氮化硅(SixNy)减反层32，背面钝化层7为氧化铝(Al2O3)钝化层72，背面减反层8为背面氮化硅(SixNy)减反层82。本实施例通过以下步骤制备而成：
步骤S201：提供硅衬底6制备低PID衰减双面PERC电池1，首先对硅衬底6进行清洗、表面进行抛光，硅衬底6的厚度为100—180μm。
本步骤中，硅衬底6为p型单晶硅衬底6。
步骤S202：在硅衬底6的正面上进行低压热扩散，并在硅衬底6的正面上设置磷源掺杂层5，形成PN结。
本步骤中，磷源掺杂层5的掺杂浓度为1016—1020/cm3，厚度为500—800nm。
步骤S203：通过ALD(Atomic layer deposition，原子层沉积)，在硅衬底6的背面上制备一层氧化铝(Al2O3)钝化层72，厚度为5—10nm。
步骤S204：通过使用PECVD(Plasma Enhanced Chemical Vapor Deposition，等离子体增强化学的气相沉积法)，在氧化铝(Al2O3)钝化层72的背面上沉积背面氮化硅(SixNy)减反层82。
本步骤中，等离子体的功率密度为50—250mW/cm2，使用的气体为SiH4和NH3，SiH4的体积和NH3的体积的比例为：1：1—4：1，制备出的背面氮化硅(SixNy)减反层82的厚度为100—130nm，折射率为2.08—2.13。
步骤S205：通过使用PECVD(Plasma Enhanced Chemical Vapor Deposition，等离子体增强化学的气相沉积法)，在磷源掺杂层5的正面上沉积正面氮化硅(SixNy)减反层32。
本步骤中，等离子体功率密度为50—250mW/cm2，使用的气体为SiH4和NH3，SiH4的体积和NH3的体积的比例为：4：1—8：1，制备出的正面氮化硅(SixNy)减反层32的厚度为70—80nm，折射率为2.10—2.15。
步骤S206：通过激光，在正面氮化硅减反层的正面上进行丝网印刷，制备正面金属电极层2。
本步骤中，电极栅线的宽度为40—50μm，高度为30—50μm。正面金属电极层2包含Cu或Cu与Mo、W、Ti、Ni、Al、Mg、Ta、Sn、Ag至少之一所形成的合金，或者Ag或Ag的合金。
步骤S207：通过激光，在背面氮化硅(SixNy)减反层82的背面上对减反膜和钝化层开槽，再进行丝网印刷，制备背面金属电极层9。
本步骤中，电极栅线的宽度为80—120μm，高度为30—50μm，背面金属电极层9包含Cu或Cu与Mo、W、Ti、Ni、Al、Mg、Ta、Sn、Ag至少之一所形成的合金，或者Ag或Ag的合金。
请参照图3，其为本申请一实施例示出的PID衰减测试的结果示意图。图中A曲线为图1所示的低PID衰减双面PERC电池1的PID衰减曲线，图中B曲线为图2所示的低PID衰减双面PERC电池1的PID衰减曲线。
正向PID测试条件为：测试电压为1500V，湿度85％，温度85℃。
反向PID测试条件为：测试电压为－1500V，湿度85％，温度85℃。
在80h测试后，图1所示的低PID衰减双面PERC电池1的PID衰减为1.00％，图2所示的低PID衰减双面PERC电池1的PID衰减为1.50％；在160h测试后，图1所示的低PID衰减双面PERC电池1的PID衰减为1.80％，图2所示的低PID衰减双面PERC电池1的PID衰减为3.80％；在240h测试后，图1所示的低PID衰减双面PERC电池1的PID衰减为2.60％，图2所示的低PID衰减双面PERC电池1的PID衰减为5.00％。通过优化双面PERC电池的正面多层减反膜厚度和折射率、及背面减反膜厚度和折射率增加太阳光的利用率，致密薄膜各层的匹配阻碍Na+破坏电池PN结和高低结。在280h测试后，图1所示的低PID衰减双面PERC电池1的PID衰减趋于稳定为2.80％，图2所示的低PID衰减双面PERC电池1的PID衰减趋于稳定为5.20％。
需要说明的是，在不冲突的情况下，本申请中的实施例中的特征可以相互结合。
以上所述仅为本申请的优选实施例而已，并不用于限制本申请，对于本领域的技术人员来说，本申请可以有各种更改和变化。凡在本申请的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本申请的保护范围之内。

Claims (10)

1.一种低PID衰减双面PERC电池，其特征在于，包括：
正面金属电极层；
正面减反层；
硅衬底，具有正面和反面；
磷源掺杂层，设于所述正面上；
背面钝化层，设于所述反面上；
背面减反层；以及
背面金属电极层；
其中，所述正面减反层、所述磷源掺杂层、所述硅衬底、所述背面钝化层和所述背面减反层从上到下依次设置，所述正面金属电极层和背面金属电极层设于所述硅衬底的两端。
2.根据权利要求1所述的低PID衰减双面PERC电池，其特征在于，所述低PID衰减双面PERC电池还包括：
正面二氧化硅钝化层，所述正面二氧化硅钝化层设于所述磷源掺杂层和所述正面减反层之间。
3.根据权利要求2所述的低PID衰减双面PERC电池，其特征在于，所述正面二氧化硅钝化层的厚度为3—10nm。
4.根据权利要求1所述的低PID衰减双面PERC电池，其特征在于，所述背面钝化层包括：
氧化铝钝化层，所述氧化铝钝化层的厚度为5—10nm。
5.根据权利要求4所述的低PID衰减双面PERC电池，其特征在于，所述背面钝化层还包括：
背面二氧化硅钝化层，所述背面二氧化硅钝化层设于所述氧化铝钝化层和所述硅衬底之间，所述背面二氧化硅钝化层的厚度为3—10nm。
6.根据权利要求1所述的低PID衰减双面PERC电池，其特征在于，所述正面减反层包括：
正面氮化硅减反层，所述正面氮化硅减反层的厚度为50—80nm。
7.根据权利要求6所述的低PID衰减双面PERC电池，其特征在于，所述正面减反层还包括：
正面氮氧化硅减反层，所述正面氮氧化硅减反层设于所述氮化硅减反层和所述正面金属电极层之间，所述正面氮氧化硅减反层厚度为厚度在30—50nm。
8.根据权利要求1所述的低PID衰减双面PERC电池，其特征在于，所述背面减反层包括：
背面氮氧化硅减反层，设于所述背面金属电极层和所述背面钝化层之间，所述背面氮氧化硅减反层的厚度80—120nm。
9.根据权利要求1所述的低PID衰减双面PERC电池，其特征在于，所述背面减反层包括：
背面氮化硅减反层，设于所述背面金属电极层和所述背面钝化层之间，所述背面氮化硅减反层的厚度为100—130nm。
10.根据权利要求1至9任一项所述的低PID衰减双面PERC电池，其特征在于，所述硅衬底的厚度为100—180μm。
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