多晶硅电池工艺对组件衰减影响的研究

赵丽敏， 杨飞飞

(山西潞安太阳能科技有限责任公司，山西 长治 046000)

多晶硅电池工艺对组件衰减影响的研究

赵丽敏， 杨飞飞

(山西潞安太阳能科技有限责任公司，山西 长治 046000)

多晶硅电池片经封装成组件，功率会有相应的损失，称之为封装损耗。多晶硅电池工艺中细微的差异就会导致组件衰减的不同。针对氮化硅膜厚与折射率、扩散均匀性、电池片摩擦情况引起的组件衰减进行了详细的研究，通过优化相关的参数，有效提升工艺质量，降低功率损失。

封装损耗；扩散；折射率

引 言

电池片的生产过程是极其重要的一个过程，工艺参数的稳定性及差异性会对电池片的功率输出造成极大的波动，间接引起组件衰减过大，产品不合格。基于此，本文从电池片生产过程的一些重要环节入手，找出其中存在的问题，加以优化改进，提高产品质量，节约成本。

1 电池工艺对组件功率损失的分析

1.1 光学损耗

地面用硅太阳能电池的光谱响应范围一般为300 nm～1 100 nm，因此，任何这一波段的光进入电池都会造成光学上的损失[1]。可以从光的透射和反射两方面进行分析[2]。太阳能多晶电池的表面会沉积一层减反射膜，即氮化硅膜，做成组件之后其上有EVA和钢化玻璃(两者的折射率约为1.48左右)，如图1所示。为使组件的透射率达到最大的减反效果，还需要使SiNx膜的折射率、EVA和玻璃的折射率得到最好的匹配结果和最佳光学上的减反射效果，这样可以有效地增加组件的输出功率。

图1 组件封装结构

增透膜是根据薄膜干涉原理，在介质表面镀一层或多层薄膜，可以有效减少光的反射，这种膜就是减反射膜[3]。当光垂直入射时，介质表面的反射率见式(1)：

(1)

式中：ns为硅折射率；n0为大气折射率。

当在介质表面镀一层减反射膜时，光在薄膜表面的反射会在上表面产生薄膜干涉，从而减少光的反射。此时，反射率表达式为式(2)：

(2)

(3)

当Rλ0为零时，则：

n=(n0ns)2

依据上述原理可根据组件钢化玻璃或镀膜玻璃与EVA的不同折射率，设计相应的氮化硅薄膜的折射率，达到组件的光学最佳匹配。

1.2 电学损失

电池引起的电学损耗包括电池片串联时电流不匹配、焊条与电极的接触电阻、扩散方阻不均匀引起的功率损失、电池片边缘摩擦后引起边缘短路等。本文主要研究扩散方阻不均匀与电池摩擦的电学损失。

扩散方阻不均匀是指扩散之后，硅片出现部分扩散不到区域，此区域方阻值较大，容易造成漏电过大和电池片串阻过高。接受光照时，因方阻不均匀，电池片方阻较小区域容易发热过高，导致电池片温度升高，继而引起效率降低。图2、图3为扩散不均匀硅片与EL图像。

方阻偏差较大 方阻均匀

方阻偏差较大 方阻均匀

摩擦功损主要存在于使用湿法刻边工艺的电池

片中，电池片经丝网印刷烧结之后，皮带传输、质检分选、组件焊接等过程中片与皮带、片与片之间摩擦时造成边缘残留金属粉粒，从而导致漏电增大，效率降低。

2 实验方案与分析

2.1 PECVD的配方优化实验[4]

设计2组不同折射率的双层氮化硅膜实验，一组以空气、双层氮化硅、硅片为光传输介质；另一组以钢化玻璃与EVA、双层氮化硅、硅片为传输介质。根据n=(n0ns)2，已知空气折射率为1.0、组件钢化玻璃与EVA的折射率为1.48，硅的折射率为2.76，可计算出2组氮化硅双层膜的折射率。选取电池吸收波长能量最大的600 nm计算相应的双层膜厚。将上述2组材料做成组件测试其衰减情况，封装结果见表1。

表1 不同折射率功率损失对比

2.2 扩散方阻不均匀的实验

选取2组扩散实验片，每组600片，一组片内偏差较大，二组方阻均匀，共制作6块组件。图4为2组组件的EL图，由图4可看出，偏差较大分组EL图像中明显存在偏暗或偏亮的区域。

一组 二组

表2为组件测试数据，由表2数据看出，片内方阻偏差较大的功率损失较大，主要因为，方阻偏差较大，电池片内部电流分布不均匀，导致局部结浅，串联电阻较大，同时容易导致漏电增大，最终导致功率损失变大。

表2 扩散组件测试数据

2.3 电池片摩擦实验

选取2组相同效率段电池片，每组10片，一组使用激光切边，二组为正常湿法切边，人为模拟片与片之间的摩擦，观察摩擦前后的数据。第35页表3、表4分别为摩擦前、后的数据对比。由表4数据看出，激光切边摩擦前、后的数据比较稳定，而湿法切边摩擦前、后的数据对比差距比较明显，主要表现在并阻降低、反向电流升高、填充降低。

表3 激光切边摩擦前、后数据对比

表4 湿法切边摩擦前、后数据对比

使用显微镜观察摩擦前、后电池片边缘，如图5所示。

由图5看出，摩擦后电池片边缘会出现亮点，分析其成分应为浆料，正是其导致摩擦后边缘短路；而激光切边后因为激光切断正面边缘PN结，即使边缘残留浆料粉末，也不影响其导电性。

3 结论

组件的功率损失分为光学损失与电学损失，光学损失可通过优化氮化硅的折射率，匹配组件玻璃与EVA；电学损失中，扩散不均匀需调整扩散配方参数、制绒表面均匀性降低片内偏差[5]；电池摩擦可采用每日清洗传输皮带、变更质检检片手法等方式解决。

[1] 帅争峰，杨宏，雷咸道.晶体硅太阳电池组件封装的电学损失分析[J].电源技术，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] 李中华.晶硅太阳电池双层减反膜的研究[D].北京：北京交通大学，2011:14-15.

[4] 吴清鑫，陈光红，于映，等.PECVD法生长氮化硅工艺的研究[J].功能材料，2007，5(38):703-705.

[5] 何堂贵，唐广.晶体硅太阳电池扩散气氛场均匀性研究[J].电子设计工程，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

赵丽敏，女，1986年出生，2009年毕业于太原理工大学化学工程与工艺专业，学士学位，工程师，主要从事晶体硅太阳能电池工艺研发与生产应用工作。

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

TM914.4

A

1004-7050(2017)02-0033-03

科研与开发