多晶硅太阳能电池工艺影响组件功率研究

王丽婷， 刘海涛， 王守志

(中节能太阳能科技(镇江)有限公司 设计部，江苏 镇江 212132)

多晶硅太阳能电池工艺影响组件功率研究

王丽婷， 刘海涛， 王守志

(中节能太阳能科技(镇江)有限公司 设计部，江苏 镇江 212132)

多晶硅太阳能电池制绒工艺差异对组件功率有一定的影响.通过对相同功率但不同反射率电池片用普通EVA制备成的组件功率增益差异的对比知，随着电池片反射率的不断增加，组件的功率逐渐增加；通过对相同功率但不同反射率电池片用高透EVA代替普通EVA制备成的组件功率增益差异的对比知，当太阳能电池片反射率为4.5 %时，用高透EVA代替普通EVA制备成组件的功率增益最大.

多晶硅；太阳能；电池；反射率；组件功率；EVA

当前，能源枯竭和环境污染的日益严重阻碍了人类社会的可持续发展，因此，发展可再生能源和各种绿色能源受到了越来越多的重视[1-2].其中，太阳能是符合条件的能源之一.近年来，能够将太阳能转化为电能的太阳能光伏发电技术得到了快速的发展与提高，太阳能电池在能源需求中所占的比例也迅速增加[3-4].而在太阳能光伏发电产业中，所面临的重大问题之一是如何提高太阳能组件的功率.虽然采用新设备和新技术能够显著地提高太阳能组件的功率，但投资偏大，风险较高，例如，太阳能电池新工艺——N型电池片的生产技术，新增加的扩散、刻蚀和镀膜等设备，N型硅片自身的成本等，因此，短期内不具备市场优势[5].同时，对现有高成本设备的放弃也势必会造成巨大的浪费[6-7].因此，在现有设备和工艺的基础上开展可提高太阳能组件功率技术的研究具有重要的现实意义.本文主要研究如何从电池的工艺改善方面来提高常规生产线制备的组件的功率.

1 试验

1.1 试验材料及仪器

1.1.1 材料

试验选用市场在售硅片，面积为156×156 mm2，电阻率为1×10-2Ω·m～3×10-2Ω·m，厚度为200 μm±20 μm.斯威克厂家普通EVA(封装胶膜，乙烯和醋酸乙烯酯嵌段共聚物)，折射率1.47，紫外透光区λ> 360 nm；海优威厂家高透EVA，折射率1.47，紫外透光区λ>240 nm.

1.1.2 仪器

RENA制绒机、奥林巴斯显微镜、D8积分式反射率测试仪(型号D8-5)、光谱响应测试系统(型号QE-R3011)、HALM电池电性能测试仪、PASSON组件电性能检测仪.

1.2 试验方案

原始多晶硅片的表面有一定的花纹，这些花纹代表了多晶硅的晶粒大小.由于多晶铸锭在制备过程中晶粒生长不均匀，因此同一铸锭不同位置的晶粒不统一，多晶硅片晶粒的大小会影响电池片的效率.因此，试验硅片需要根据花纹进行分类，以保证试验的准确性和统一性.

选取同一型号的多晶硅片8000片，按照硅片表面的花纹进行分组，分别为A，B，C，D共4组硅片，并确保4组硅片中的每一组的花纹基本相同.将4组已挑选好的多晶硅片在同一机台的酸腐蚀溶液中进行制绒，通过调节制绒槽的药液比例、温度、反应时间，使电池片的减重控制在0.30 g～0.38 g.在试验过程中，除绒面反射率不同外，其余的生产设备、生产工艺和配方、各工序工艺控制标准均相同.电池片主要制备过程为：原始硅片分选→RENA制绒机进行酸腐蚀制作绒面→用CT热扩散炉进行扩散形成P-N结→用RENA刻蚀机去除硅片表面磷硅玻璃和硅片边缘的P-N结→用管式等离子气相沉积炉进行减反射膜的制备→用丝网印刷机进行丝网印刷→用HALM电池电性能测试仪进行电池片分选.用D8积分式反射率测试仪检测电池片的反射率，挑选出4种不同反射率的电池片各1200片，电池片反射率分别为4.0%，4.5%，5.0%和5.5%.用奥林巴斯显微镜观察4种不同反射率电池片的微观形貌.用光谱响应测试系统检测4种不同反射率电池片对全波段光的吸收情况.将每种反射率的电池片分为两组进行试验.试验组选取每种反射率电池片600片，使用高透EVA，在常规生产线制备出组件10块；对照组选取每种反射率电池片600片，使用普通EVA，在常规生产线制备出组件10块.以上两组组件试验制备过程除EVA材料不同外，其余的组件生产设备、生产工艺和材料及各工序工艺控制标准均相同.主要工艺过程为：电池片分选→用GOROSABEL全自动串焊机将单片电池片焊接成电池串，并排版成电池组→按玻璃、EVA、电池组、EVA、隔离背板的顺序依次敷设→利用光伏发电对电池组件进行缺陷检测→将已敷设的电池组在光电层压机上进行层压→利用光伏发电对电池组件进行缺陷检测→用铝边框和硅树脂进行装框和密封→用PASSON电性能检测仪测试组件功率.

通过试验来对比4种不同反射率电池片使用普通EVA制备成组件的功率差异，以及对比不同反射率电池片对组件使用高透EVA代替普通EVA后的功率增益差异.

2 试验结果与讨论

试验通过调节制绒工序使用的酸腐蚀溶液中HF与HNO3的比例，制备出相同功率但不同反射率的多晶硅电池片，4种不同反射率电池片的形貌如图1所示，其中图1(a)、图1(b)、图1(c)、图1(d)分别对应绒面反射率为4.0 %，4.5 %，5.0 %和5.5 %.可以看出，随着电池片绒面反射率的增加，绒面的腐蚀坑逐渐变大；当电池片绒面反射率为4.0 %时，绒面就会出现较大的沟壑，且绒面的腐蚀坑不均匀.

(a)反射率4 .0% (b)反射率4.5 %

(c)反射率5.0% (d)反射率5.5 %

用光谱响应测试系统对4种不同反射率的电池片进行全波段光响应测试，测试结果如图2所示.从图中可以看出，在小于360 nm的光谱范围内，反射率为4.5 %的电池片的光谱短波响应最好；反射率大于4.5 %的电池片，随着反射率的增加，光谱短波响应逐渐减弱；反射率小于4.5 %的电池片，光谱短波响应较差.在大于360 nm的光谱范围内，随反射率逐渐增加，光谱响应逐渐增强.

图2 不同反射率电池片的光谱响应测试图

普通EVA对波长小于360 nm的太阳光是截止的，而高透EVA则可吸收波长大于240 nm的太阳光，如图3所示.用高透EVA制备的组件，可增加电池片对短波光的吸收，因此，不同类型电池片对短波光吸收的程度直接影响组件使用高透EVA代替普通EVA的组件功率的提升程度.

图3 高透EVA与普通EVA对

对比了常规电池片制绒工艺制备的4种不同反射率电池片用普通EVA在常规生产线制备成的组件功率的差异，结果如图4所示.从图4可以看出，随着多晶硅电池片反射率的逐渐增加，组件功率也逐渐增加.这种变化的原因是，电池片反射率越大，在400nm～600nm波段的光谱响应越好.

图4 不同反射率的电池片对组件功率的影响

4种不同反射率电池片分别使用高透EVA和普通EVA制备成组件的功率结果如图5所示.从图5可以看出，当电池片反射率为4.5%时，用高透EVA代替普通EVA制备组件的功率增益最大；当电池片反射率大于4.5%时，随着电池片反射率的增加，用高透EVA代替普通EVA制备的组件的功率增益逐渐降低；当电池片绒面反射率小于4.5%时，使用普通EVA和高透EVA对应组件的功率均较低.这种变化的原因是，反射率为4.5%的电池片的短波响应最佳，而高透EVA对短波段光的透光率较好，因而反射率为4.5%的电池片用高透EVA代替普通EVA制备的组件的功率增益最大.

图5 使用高透EVA与普通EVA的

由上述分析知，在常规生产线用普通EVA制备成的组件功率受多晶硅电池片反射率的影响，相同功率的电池片反射率为4.0%～5.5%；随着电池片反射率的增加，组件的功率逐渐增加.多晶硅电池片的反射率差异对组件用高透EVA代替普通EVA制备成的组件的功率增益存在影响.当电池片反射率为4.5 %时，用高透EVA代替普通EVA制备组件产生的功率增益达到最大；当电池片反射率小于4.5 %时，全光谱响应均较差，因此，用高透EVA和普通EVA制备的组件功率均相对较差；当电池片反射率大于4.5 %时，随着电池片反射率的逐渐增加，用高透EVA代替普通EVA制备组件的功率增益逐渐降低.

3 结论

相同功率但不同反射率的多晶硅电池片，用普通EVA在组件常规生产线制备成组件，其组件的功率存在差异，随着电池片反射率的逐渐增加，组件功率也逐渐增加.相同功率但不同反射率的多晶硅电池片，用高透EVA代替普通EVA在常规生产线制备成组件的功率增益并不相同.当电池片反射率为4.5 %时，组件的功率增益达到最大值；当电池片反射率大于4.5 %时，随着反射率的不断增加，组件功率增益逐渐减小；当电池片反射率小于4.5 %时，组件功率增益减小.

[1] 张秀清，李艳红，张超，等.太阳能电池研究进展[J].中国材料进展，2014，33(7)：436-441.

[2] 周涛，陆晓东，张明，等.晶硅太阳能电池发展状况及趋势[J].激光与光电子学进展，2013(3)：1-11．

[3] 张亮.太阳能电池的研发进展[J]．科技创业月刊， 2011(6)：157-158．

[4] SHEN ZENAM，LIU BANGWU，XIA YANG，et al． Black Silicon on Emitter Diminishes the Lateral Electric Field and Enhances Blue Response for Solar Cell by Optimizing Depletion Region Uniformity[J]．Scripta Materialia，2013，68(3-4)：199-202．

[5] 陈筑.晶体硅太阳能组件功率损失研究[D]．上海：上海交通大学，2013.

[6] 李怀辉，王小平，王丽军，等．硅半导体太阳能电池进展[J]．材料导报，2011，25(19)：49-53．

[7] 马胜红，李斌，陈东兵，等．中国光伏发电成本、价格及技术进步作用的分析[J]．太阳能，2010(4)：6-13．

Technologicalinfluencesofmulti-crystallinesiliconsolarcellsuponmodulepowers

WANG Li-ting, LIU Hai-tao, WANG Shou-zhi

(Department of Design, CECEP Solar Energy Technology (Zhenjiang) Limited Company, Zhenjiang, Jiangsu 212132, China)

The differed texturing processes of multi-crystalline silicon solar cells may yield influences upon module powers, which is compared with the power differences of modules made from different reflectivity and same power cells with ordinary EVA. Result shows that with continuous increase of the reflectivity of solar cells, the power of module gradually increases. Meanwhile, the gained difference of power of modules from the different reflectivity and same power cells is compared with high transmittance EVA in stead of ordinary EVA. When the value is 4.5 %, the module power will gain most from components.

multi-crystalline silicon; solar energy; cells; reflectivity; module; power; EVA

2017-09-18

王丽婷(1987-)，女，河北石家庄人，中节能太阳能科技(镇江)有限公司工程师，研究方向：光伏材料.

1009-4873(2017)06-0006-04

TM914.4

A

金欣