氮化硅膜折射率对多晶硅太阳能电池抗PID性能影响

张红妹

摘 要：本文研究了在组件使用抗PID的EVA的条件下，不同的氮化硅膜折射率对组件抗PID性能的影响。实验结果表明，在电池增加了臭氧氧化，在组件使用抗PID的EVA条件下，2.02-2.18范围内的折射率对组件抗PID性能的影响没有明显区别，2.10的折射率生产的太阳电池转换效率最高。

关键词：PID；折射率；太阳电池转换效率

中图分类号：TM914 文献标识码：A 文章编号：1671-2064（2017）04-0131-01

1 引言

电势诱导衰减（potential induced degradation，PID）是指太阳电池组件在长期受到一定的外电压下发生功率衰减的现象。这种现象最早是Sunpower发现的，认为是一种极化效应。近几年，有关PID现象的报道越来越多，PID已经成为组件应用的一个重大问题[1-2]，尤其是在高温高湿的条件下[3]。S.Pingel等研究发现太阳电池表面氮化硅膜的折射率对电池的抗PID性能有很大影响，当氮化硅膜的折射率较低时，不同PECVD工艺的太阳电池PID效应差异很大，但基本上都发生一定程度的PID效应；当氮化硅膜的折射率达大于2.2时，不同PECVD工艺的太阳电池都具有良好的抗PID性能[1]。但是，当折射率不同时，太阳电池的转换效率差别很大。自从组件使用抗PID的EVA后，组件的抗PID性能得到了明显的改善。因此，需要对太阳电池氮化硅膜的折射率进行研究，确定既能满足组件抗PID性能，又能实现太阳电池最佳转换效率的折射率。

2 实验

电池片的制备是在产业化的多晶硅电池生产线上进行，用普通156mm×156mm的自产P型多晶硅片。选取晶向一致的多晶硅片进行分组，经清洗制绒、扩散、刻蚀、和臭氧氧化后，在PECVD镀膜工序采用板式PECVD设备进行镀膜，镀膜通过不同的工艺，得到不同的折射率：2.02，2.06，2.10，2.14，2.18。随后正常的丝网印刷和烧结，并在STC条件（即AM1.5光谱辐照为1000W/m2，温度25℃）下进行I-V测试。

每组选取效率接近的电池，用相同的封材料和工艺将各组实验电池封装成市面上最常见的6×10片PV组件。组件按钢化玻璃+EVA+电池+EVA+背板叠层、层压并安装接线盒和铝合金边框，其中，EVA使用抗PID EVA。封装好后，对实验组件进行EL和I-V测试（STC条件下）。将实验组件放在DampHeat实验条件（85℃&85%RH）下的环境实验箱中，直流电源正极接铝边框，负极接组件正极引出端，施加1000V电压。PID实验持续96h，取出组件并在2h内完成EL和I-V测试（STC条件下），2h内完成EL和I-V测试。若组件功率损失<5%，则通过目前行业内对组件抗PID的要求测试。

3 结果与讨论

地面太陽光光谱能量的峰值在波长0.5μm，而硅太阳电池的相对响应峰值波长在0.8μm-0.9μm，因此减反射的最佳波长范围在0.5μm-0.7μm。通过计算，当电池直接裸露在空气中时，减反射的最佳折射率为1.97；考虑钝化效果及太阳电池效率测试，最佳的折射率为2.08。而当氮化硅膜的折射率达大于2.2时，不同PECVD工艺的太阳电池才会都具有良好的抗PID性能。

本实验采用行业内统一使用的标准，测试臭氧氧化后硅片的亲水性，亲水性合格后，调整PECVD设备硅烷、氨气流量及比例，得到不同的折射率，通过调整带速，保证膜厚相同。

电池完成后，使用抗PID EVA进行组件封装，并进行组件的抗PID测试。96小时测试结果如下，五组的功率衰减比数据分别为0.88%，0.83%，0.92%，0.92%，0.70%，全部满足在DampHeat条件上96小时，衰减比小于5%的要求，且衰减比数据没有明显差异。该试验数据表明，在增加臭氧氧化工艺环节，且硅片亲水性合格，组件使用抗PIDEVA的条件下，氮化硅折射率从2.02到2.18范围，对组件的抗PID没有不同的影响。

4 结语

从以上试验过程和各项测试参数能够得知，2.10的折射率能够实现最优的太阳电池转换效率。而在在增加臭氧氧化工艺环节，且硅片亲水性合格，并组件使用抗PID EVA的条件下，氮化硅折射率从2.02到2.18范围，对组件的抗PID没有不同的影响，而在2.10折射率时，太阳电池的转换效率最高。因此可以得出结论，在增加臭氧环节和组件使用抗PID EVA的条件下，氮化硅膜2.10的折射率，能同时满足太阳电池转换效率最高和组件抗PID的要求。

参考文献

[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.