多晶硅電池工藝對組件衰減影響的研究

趙麗敏， 楊飛飛

(山西潞安太陽能科技有限責任公司，山西 長治 046000)

多晶硅電池工藝對組件衰減影響的研究

趙麗敏， 楊飛飛

(山西潞安太陽能科技有限責任公司，山西 長治 046000)

多晶硅電池片經封裝成組件，功率會有相應的損失，稱之為封裝損耗。多晶硅電池工藝中細微的差異就會導致組件衰減的不同。針對氮化硅膜厚與折射率、擴散均勻性、電池片摩擦情況引起的組件衰減進行了詳細的研究，通過優化相關的參數，有效提升工藝質量，降低功率損失。

封裝損耗；擴散；折射率

引 言

電池片的生產過程是極其重要的一個過程，工藝參數的穩定性及差異性會對電池片的功率輸出造成極大的波動，間接引起組件衰減過大，產品不合格。基于此，本文從電池片生產過程的一些重要環節入手，找出其中存在的問題，加以優化改進，提高產品質量，節約成本。

1 電池工藝對組件功率損失的分析

1.1 光學損耗

地面用硅太陽能電池的光譜響應范圍一般為300 nm～1 100 nm，因此，任何這一波段的光進入電池都會造成光學上的損失[1]。可以從光的透射和反射兩方面進行分析[2]。太陽能多晶電池的表面會沉積一層減反射膜，即氮化硅膜，做成組件之后其上有EVA和鋼化玻璃(兩者的折射率約為1.48左右)，如圖1所示。為使組件的透射率達到最大的減反效果，還需要使SiNx膜的折射率、EVA和玻璃的折射率得到最好的匹配結果和最佳光學上的減反射效果，這樣可以有效地增加組件的輸出功率。

圖1 組件封裝結構

增透膜是根據薄膜干涉原理，在介質表面鍍一層或多層薄膜，可以有效減少光的反射，這種膜就是減反射膜[3]。當光垂直入射時，介質表面的反射率見式(1)：

(1)

式中：ns為硅折射率；n0為大氣折射率。

當在介質表面鍍一層減反射膜時，光在薄膜表面的反射會在上表面產生薄膜干涉，從而減少光的反射。此時，反射率表達式為式(2)：

(2)

(3)

當Rλ0為零時，則：

n=(n0ns)2

依據上述原理可根據組件鋼化玻璃或鍍膜玻璃與EVA的不同折射率，設計相應的氮化硅薄膜的折射率，達到組件的光學最佳匹配。

1.2 電學損失

電池引起的電學損耗包括電池片串聯時電流不匹配、焊條與電極的接觸電阻、擴散方阻不均勻引起的功率損失、電池片邊緣摩擦后引起邊緣短路等。本文主要研究擴散方阻不均勻與電池摩擦的電學損失。

擴散方阻不均勻是指擴散之后，硅片出現部分擴散不到區域，此區域方阻值較大，容易造成漏電過大和電池片串阻過高。接受光照時，因方阻不均勻，電池片方阻較小區域容易發熱過高，導致電池片溫度升高，繼而引起效率降低。圖2、圖3為擴散不均勻硅片與EL圖像。

方阻偏差較大 方阻均勻

方阻偏差較大 方阻均勻

摩擦功損主要存在于使用濕法刻邊工藝的電池

片中，電池片經絲網印刷燒結之后，皮帶傳輸、質檢分選、組件焊接等過程中片與皮帶、片與片之間摩擦時造成邊緣殘留金屬粉粒，從而導致漏電增大，效率降低。

2 實驗方案與分析

2.1 PECVD的配方優化實驗[4]

設計2組不同折射率的雙層氮化硅膜實驗，一組以空氣、雙層氮化硅、硅片為光傳輸介質；另一組以鋼化玻璃與EVA、雙層氮化硅、硅片為傳輸介質。根據n=(n0ns)2，已知空氣折射率為1.0、組件鋼化玻璃與EVA的折射率為1.48，硅的折射率為2.76，可計算出2組氮化硅雙層膜的折射率。選取電池吸收波長能量最大的600 nm計算相應的雙層膜厚。將上述2組材料做成組件測試其衰減情況，封裝結果見表1。

表1 不同折射率功率損失對比

2.2 擴散方阻不均勻的實驗

選取2組擴散實驗片，每組600片，一組片內偏差較大，二組方阻均勻，共制作6塊組件。圖4為2組組件的EL圖，由圖4可看出，偏差較大分組EL圖像中明顯存在偏暗或偏亮的區域。

一組 二組

表2為組件測試數據，由表2數據看出，片內方阻偏差較大的功率損失較大，主要因為，方阻偏差較大，電池片內部電流分布不均勻，導致局部結淺，串聯電阻較大，同時容易導致漏電增大，最終導致功率損失變大。

表2 擴散組件測試數據

2.3 電池片摩擦實驗

選取2組相同效率段電池片，每組10片，一組使用激光切邊，二組為正常濕法切邊，人為模擬片與片之間的摩擦，觀察摩擦前后的數據。第35頁表3、表4分別為摩擦前、后的數據對比。由表4數據看出，激光切邊摩擦前、后的數據比較穩定，而濕法切邊摩擦前、后的數據對比差距比較明顯，主要表現在并阻降低、反向電流升高、填充降低。

表3 激光切邊摩擦前、后數據對比

表4 濕法切邊摩擦前、后數據對比

使用顯微鏡觀察摩擦前、后電池片邊緣，如圖5所示。

由圖5看出，摩擦后電池片邊緣會出現亮點，分析其成分應為漿料，正是其導致摩擦后邊緣短路；而激光切邊后因為激光切斷正面邊緣PN結，即使邊緣殘留漿料粉末，也不影響其導電性。

3 結論

組件的功率損失分為光學損失與電學損失，光學損失可通過優化氮化硅的折射率，匹配組件玻璃與EVA；電學損失中，擴散不均勻需調整擴散配方參數、制絨表面均勻性降低片內偏差[5]；電池摩擦可采用每日清洗傳輸皮帶、變更質檢檢片手法等方式解決。

[1] 帥爭峰，楊宏，雷咸道.晶體硅太陽電池組件封裝的電學損失分析[J].電源技術，2014(1)：82-84.

[2] YANG H,WANG H.Performance analysis of crystalline solar modules with the same peakpower and the different structure[J].Clean Technologies and Environmental Policy,2011(13):527-533.

[3] 李中華.晶硅太陽電池雙層減反膜的研究[D].北京：北京交通大學，2011:14-15.

[4] 吳清鑫，陳光紅，于映，等.PECVD法生長氮化硅工藝的研究[J].功能材料，2007，5(38):703-705.

[5] 何堂貴，唐廣.晶體硅太陽電池擴散氣氛場均勻性研究[J].電子設計工程，2009，17(9)：55-57.

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The Study of MC-Si cell process effects on the powerloss of packaging component

ZHAO Limin, YANG Feifei

(Shanxi Lu’an Solar Technology Co., Ltd., Changzhi Shanxi 046000, China)

Polycrystalline cells are made by packaging components, there will be a corresponding loss of power, which is called packaging loss. Subtle differences in the process of MC SI cell can lead to the difference of power loss. This paper investigates some factor leading to the power loss of packaging components, including the thickness and refractive index of nitride film, diffusion uniformity and cell friction. By optimizing relevant parameters, process quality is effectively improved, and power losses are reduced.

packaging loss; diffusion; refractive index

2016-11-29

趙麗敏，女，1986年出生，2009年畢業于太原理工大學化學工程與工藝專業，學士學位，工程師，主要從事晶體硅太陽能電池工藝研發與生產應用工作。

10.16525/j.cnki.cn14-1109/tq.2017.02.11

TM914.4

A

1004-7050(2017)02-0033-03

科研與開發