SiNx減反射層對組件抗PID能力影響

浙江正泰太陽能科技有限公司 ■ 梁吉連劉平 盧玉榮 張劍鋒 王仕鵬 黃海燕 陸川

SiNx減反射層對組件抗PID能力影響

浙江正泰太陽能科技有限公司 ■ 梁吉連*劉平 盧玉榮 張劍鋒 王仕鵬 黃海燕 陸川

利用管式PECVD工藝，通過調(diào)整氣體流量比，得到減反射性能較佳的雙層SiNx:H膜電池片，再對電池片封裝成的光伏組件進行96 h、300 h的PID實驗，得出較佳的抗PID工藝。實驗結(jié)果表明，當折射率＜2.05時，電池片的抗PID效果較差，當折射率＞2.16時，抗PID效果顯著；即減反射層工藝為達到較高的光電轉(zhuǎn)化效率并同時滿足抗PID效果，控制SiNx膜電池片的折射率為2.16±0.02；即淀積1的較佳流量比NH3/SiH4為4.83，淀積2的較佳流量比NH3/SiH4為13.33，在此配比下電池片外觀正常，電性能穩(wěn)定性較好，同時組件抗PID測試300 h后衰減＜5％。

SiNx；減反射層；NH3/SiH4流量比；PID現(xiàn)象

0　引言

電池誘導衰減（potential induced degradation，PID）早幾年就已受到業(yè)界普遍重視，據(jù)相關(guān)資料顯示，組件在戶外使用幾年后會出現(xiàn)PID現(xiàn)象，嚴重情況下會導致組件約40％的功率損失，嚴重影響光伏系統(tǒng)正常使用。PID現(xiàn)象的真實機理目前還沒有科學的論斷，但普遍認為是光伏組件在使用過程中與地面接觸產(chǎn)生電勢差，由于組件表面玻璃內(nèi)含有金屬離子（如鈉、鈣等），這些離子可能向下運動到電池片內(nèi)部，導致電池在利用太陽光發(fā)電中發(fā)生功率損耗及衰減［1］。PID現(xiàn)象通常發(fā)生在系統(tǒng)中負電位一端的組件，研究發(fā)現(xiàn)，電池片與接地邊框之間巨大的負電勢差是導致這一現(xiàn)象的直接原因［2］。一些國家和地區(qū)已經(jīng)把抗PID作為組件的關(guān)鍵要求之一，雖然PID的真正原因還沒有明確的定論，但各個組件廠和研究機構(gòu)的數(shù)據(jù)表明，PID現(xiàn)象與電池工藝、玻璃、EVA、溫度、濕度等有關(guān)［3］。

為提高光伏組件抗PID能力，本文重點研究了等離子體增強化學氣相沉積（PECVD）工藝，即改變SiNx減反射層結(jié)構(gòu)，在保證電池片效率較高的前提下同時具備良好的抗PID能力，PECVD作為輔助光吸收工藝在整個太陽電池工藝中處于相對重要的地位。

PECVD的目的是在硅片表面沉積一層折射率低于硅片本身折射率的薄膜，減少光入射到硅片時的表面反射。采用雙層減反射膜層，即底層沉積一層折射率大而薄的SiNx，而頂層采用折射率低且較厚的SiNx，這種結(jié)構(gòu)不僅可以提供很好的鈍化效果，反射率也能大幅降低。故探究PECVD工藝的膜層結(jié)構(gòu)對光伏組件抗PID能力的影響意義重大。

本文主要通過對PECVD工藝中的減反射層結(jié)構(gòu)的優(yōu)化，得出較佳的抗PID電池工藝，使電池片效率最佳的同時滿足光伏組件抗PID能力，即確保PID 300 h后衰減＜5％［4-6］。

1　實驗過程

1.1減反射層薄膜原理

PECVD是氣態(tài)物質(zhì)間發(fā)生的化學反應，是利用氣體放電和非平衡等離子體來生成有效SiNx減反射層薄膜［7］。其原理如下：

目前，PECVD工藝普遍采用的反應氣體為氫稀釋的SiH4和NH3。硅烷和氨氣反應得到的H離子在薄膜層中的作用不可替代，可以彌補膜層結(jié)構(gòu)中缺陷能級，使材料的價電子得到有效控制。通過多次實驗獲得較佳的膜層結(jié)構(gòu)參數(shù)［8］，從而得到可量產(chǎn)的較佳PECVD工藝參數(shù)。

1.2實驗

實驗采用156 mm×156 mm多晶硅片，電阻率介于1.0～3.0 Ω·cm。太陽電池片制備過程：1）經(jīng)過鏈式酸制絨（Rena機臺）得到凹凸不平絨面；2）由POCl3熱擴散得到p-n結(jié)；3）濕法刻蝕和去電池片表面磷硅玻璃（鏈式Rena Inoxside機臺）；4）利用PECVD法沉積SiNx:H減反射層膜；5）絲網(wǎng)印刷Ag背電極、Al背電場和Ag正電極；6）燒結(jié)和效率測試［4］。本課題通過調(diào)整PECVD的膜層結(jié)構(gòu)來優(yōu)化工藝，鍍膜設(shè)備采用青島賽瑞達有限公司生產(chǎn)的管式PECVD爐管，通過調(diào)整硅烷和氨氣流量控制SiNx:H膜的折射率；利用Helios積分球反射儀測試硅片的反射率和波長；利用Sentech公司生產(chǎn)的SE400adv-PV型單波長橢圓偏振儀測試減反膜的折射率。

將最優(yōu)工藝條件下得到的電池片封裝成組件，組件為60片電池規(guī)格，組件從上而下的結(jié)構(gòu)為：鋼化玻璃→改性EVA→電池片→改性EVA→FST背板。在此基礎(chǔ)上驗證不同膜層結(jié)構(gòu)的光伏組件的抗PID能力，采用陜西眾森電能有限公司的XJCM-8A型光伏組件測試儀測試組件功率，利用ASICCN測試儀對組件外觀進行缺陷測定。

2　實驗結(jié)果與討論

在正常工藝條件下，選取相同批次、相同片源的批量電池片進行太陽電池的工藝實驗，在襯底溫度、壓強等相同條件下改變鍍膜時混合氣體的NH3/SiH4流量比，得到不同流量比下的折射率參數(shù)（多次實驗平均值），如表1所示。

表1　不同NH3/SiH4流量比的結(jié)構(gòu)參數(shù)

由表1可知，通過改變淀積1和淀積2的氣體流量比和時間，最終的電池片折射率呈上升趨勢，說明硅氮比直接影響折射率。此結(jié)構(gòu)參數(shù)下的批量電池片經(jīng)過絲網(wǎng)印刷得到的電性能參數(shù)如表2所示。

表2　電池片的電性能

由表2可知，3種工藝條件下的電性能差異不大，效率呈現(xiàn)上升趨勢；折射率為2.16時，工藝在效率上較優(yōu)越。將以上3種工藝條件下的電池片各封裝為60片組件2塊，采用相同的光伏玻璃、EVA、背板、硅膠等物料，并測試組件實驗前功率和EL圖；然后進行PID 96 h實驗，實驗條件為邊框接地-1000 V、溫度85℃、濕度85％RH，96 h［5，6，9］后待組件背面溫度穩(wěn)定為25℃左右時，測試組件實驗后功率和EL圖，結(jié)果如表3所示。

表3　PID96結(jié)果

從表3的實驗結(jié)果看，折射率約為2.05的工藝在溫度85 ℃、濕度85％RH、邊框接地-1000 V的條件下，48 h后EL圖邊緣電池片就開始變黑，說明組件即將要出現(xiàn)功率損失現(xiàn)象，即PID現(xiàn)象；96 h后邊緣有一圈電池片已發(fā)黑，可定義為問題組件，如圖1（實驗前）和圖2（實驗后）所示，測試功率衰減高達23.58％，EL圖中顯示組件邊緣的電池片為黑片。

圖2　SY1-96 h實驗后EL圖

為了更進一步驗證第2種工藝（SY2）和第3種工藝（SY3）的抗PID效果，將96 h后的組件繼續(xù)實驗204 h，即300 h后的PID結(jié)果如表4所示。

表4　PID300結(jié)果

圖3　SY2-300 h實驗前EL圖

圖4　SY2-300 h實驗后EL圖

圖5　SY3-300 h實驗前EL圖

圖6　SY3-300 h實驗后EL圖

由表4可得，第3種工藝即折射率偏高的電池片抗PID 300 h后衰減率最低，實驗效果較佳。由圖6實驗后EL圖可知，組件實驗前后EL無差異。后續(xù)通過量產(chǎn)得出各項電性能參數(shù)正常，返工比例正常，組件的PID 300 h抽檢衰減率都在要求范圍內(nèi)，即PID 300 h＜5％。

3　結(jié)論

通過實驗對比可知，折射率控制在2.16±0.02的電池片，選擇合適的封裝物料后，組件的抗PID效果較佳；其他各段工藝在產(chǎn)線正常工藝條件下，電池片外觀正常，電性能穩(wěn)定性較好，同時組件各項性能較佳，抗PID測試300 h后衰減＜5％，均滿足要求。

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2015-10-13

梁吉連（1985—），女，碩士研究生、工藝工程師，主要從事晶硅太陽電池工藝方面的研究。jilian.liang@astronergy.com