p型“SE+PERC”双面太阳电池背面工艺对光伏组件PID效应的影响研究

基于p型“SE+PERC”双面太阳电池的背面工艺,针对背表面抛光状态、背面氧化铝薄膜厚度、背面膜层结构、背面氮化硅薄膜折射率几个因素对光伏组件电势诱导衰减(PID)效应的影响进行了研究。研究结果表明:1)背表面抛光状态越光滑,对应制备的光伏组件在PID测试后的输出功率损失率越小;2)背面氧化铝薄膜厚度为10 nm及以上时对应制备的光伏组件在PID测试后的输出功率损失率差异不大;3)背面膜层结构对PID效应存在影响,合理设计背面膜层结构可以有效抑制光伏组件PID效应;4)背面氮化硅薄膜折射率大于等于2.10时,对应制备的光伏组件在PID测试后的输出功率损失率降至2.00%以内且可以稳定保持在较低水平。研究结果可为p型“SE+PERC”双面太阳电池背面工艺优化提供指导方向。

管式PECVD工艺对“SE+PERC”晶体硅太阳电池镀膜均匀性的影响及改善研究

针对在“SE+PERC”晶体硅太阳电池制备过程中,采用管式等离子体增强化学气相沉积(PECVD)工艺沉积正面钝化介质膜后,硅片正面会出现角部发红色差,即镀膜均匀性异常的问题,通过实验,对硅片厚度、工器具状态、背面膜层结构、正面钝化介质膜沉积工艺等影响因素对硅片正面角部发红色差的影响分别进行分析和讨论,并提出解决方案。研究结果表明:硅片正面角部发红色差的产生与硅片自身厚度、工器具状态、背面膜层结构、正面钝化介质膜沉积工艺均存在一定关系。通过采用最具优势的管式PECVD工艺条件,即优化自动化装片技术、控制石墨舟形变量、采用合适的背面膜层结构,以及正面钝化介质膜沉积工艺采用高射频功率叠加高腔体压力,可将正面角部发红色差硅片的占比降低至0%,从而可有效提升“SE+PERC”晶体硅太阳电池的成品率,提升生产线的经济效益。

“SE+PERC”单晶硅太阳电池发射极方阻均匀性提升工艺的研究

针对“SE+PERC”单晶硅太阳电池制备过程中,管式扩散炉扩散后硅片发射极方阻均匀性差的问题,在扩散工艺的“预沉积”步骤设计小氮气(N_(2))流量、氧气(O_(2))流量、炉内压强参数变化实验,研究小N_(2)流量、O_(2)流量和炉内压强变化对发射极方阻、方阻均匀性及太阳电池电性能的影响。研究结果表明:通过调整小N_(2)流量、O_(2)流量及扩散过程中的炉内压强可以有效提高发射极方阻均匀性,并提高太阳电池的光电转换效率。在小N_(2)流量为1000 sccm、O_(2)流量为600 sccm、炉内压强为80 kPa的工艺条件下可实现发射极的方阻均匀性最佳,均值为4.94%;此时“SE+PERC”单晶硅太阳电池的光电转换效率为23.11%。

硅片表面织构对“SE+PERC”双面单晶硅太阳电池电性能影响的研究

在硅片制绒过程,研究了制绒添加剂体积分数、反应时间和反应温度对单晶硅片表面织构的微观形貌、反射率,以及制备的“选择性发射极(SE)+PERC”双面单晶硅太阳电池电性能的影响。结果表明:在目前单晶硅片制绒设备和工艺条件下,当碱液(KOH)体积分数为2%、制绒添加剂体积分数为0.7%、反应温度为84℃、反应时间为440 s时,制备的单晶硅片表面的金字塔尺寸较小,均匀性强,硅片表面的反射率最低,仅为9.914%,而得到的“SE+PERC”双面单晶硅太阳电池的光电转换效率高达22.714%;调整制绒参数,可以有效提高单晶硅片表面织构中金字塔的均匀性,降低硅片表面的反射率,从而提高“SE+PERC”双面单晶硅太阳电池的光电转换效率。

“SE+PERC”单晶硅太阳电池激光掺杂区域的漏电现象研究

在选择性发射极(SE)技术与钝化发射极背接触(PERC)技术相结合(即“SE+PERC”)的单晶硅太阳电池技术路线中,通常采用激光技术进行局部重掺杂,即利用激光的高温特性将硅片表面磷硅玻璃(PSG)层内的磷原子推入硅片内部,形成高低结,从而提高太阳电池的光电转换效率。但是经过激光扫描后的掺杂区域表面的PSG层会被激光损伤,损伤区域在进行碱抛光时常因掩膜的保护性差而被碱溶液腐蚀,导致p-n结被破坏,造成局部严重漏电,从而影响太阳电池的整体电性能。针对“SE+PERC”单晶硅太阳电池制备过程中激光掺杂区域出现的漏电现象,分析了漏电原因,并给出了采用SE激光掺杂工艺及碱抛光工艺时的优化建议。

SE+PERC太阳电池扩散工艺的研究

近年来晶体硅太阳电池PERC技术已经全面推广,在此基础上的选择性发射极(selective emiter,SE)激光掺杂技术也逐渐趋于成熟,已实现工业化量产,且以产线升级简单、兼容性好等优势逐渐成为新一代主流产品。论述了一种匹配SE+PERC技术的新型太阳电池扩散工艺,即通过改善磷硅玻璃(PSG)层的厚度、表面掺杂浓度来降低激光掺杂过程对硅片绒面的损伤,从而减少开路电压的损失;同时重掺区得到更高的掺杂浓度,可以明显改善欧姆接触,使SE激光掺杂技术的优势体现得更明显。

硅片厚度对SE-PERC单晶硅太阳电池制备过程的影响分析

基于目前主流的选择性发射极-钝化发射极及背接触(SE-PERC)单晶硅太阳电池生产工艺,针对不同硅片厚度在太阳电池制备过程中的表现进行分析、验证及优化。研究结果表明,硅片厚度减薄对湿法刻蚀工艺后硅片的减重、硅片背面抛光效果均有显著的不良影响,而且采用管式PECVD工艺沉积的SiNx薄膜的厚度也出现变薄的现象。若太阳电池制备过程中采用薄硅片,则需对湿法刻蚀工艺和管式PECVD工艺进行预先调节,对自动化设备预先做出相应调整,从而可保证产线的顺利运作。

网版参数对“SE+PERC”双面单晶硅太阳电池电性能影响的研究

针对“SE+PERC”双面单晶硅太阳电池制备过程中丝网印刷环节的网版参数,通过设计不同的网纱厚度、聚酰亚胺(PI)膜厚度及网版开口宽度匹配实验,研究了不同匹配方案对单片“SE+PERC”双面单晶硅太阳电池正面栅线银浆耗量及电性能的影响。研究结果表明:单片太阳电池正面栅线的银浆耗量随着网纱厚度、PI膜厚度及网版开口宽度的增加而升高;当网纱厚度为17μm、PI膜厚度为8μm、网版开口宽度为17μm时,单片太阳电池正面栅线的银浆耗量最低,仅为0.0584 g,光电转换效率为22.808%,该匹配方案可最大限度地降低太阳电池的生产成本;当网纱厚度为17μm、PI膜厚度为10μm、网版开口宽度为18μm时,单片太阳电池正面栅线的银浆耗量为0.0646 g,光电转换效率为22.898%;当网纱厚度为19μm、PI膜厚度为10μm、网版开口宽度为20μm时,单片太阳电池正面栅线的银浆耗量为0.0699 g,光电转换效率最高,为22.961%,该匹配方案可最大限度地提升太阳电池的光电转换效率。

“PERC+SE”单晶硅太阳电池氧化工艺研究

“PERC+SE”单晶硅太阳电池制备过程中,相较于传统的酸抛工艺,在碱抛光工艺之前(即氧化环节)先要制备氧化层SiO_(2)膜作为掩膜,以保护硅片正面。目前,行业内主要有2种制备SiO_(2)膜的方式,一种是采用管式扩散炉,另一种是采用链式氧化炉。从实际应用来看,相较于管式扩散炉,链式氧化炉的生产线兼容性更好,产能也更高;而从理论上来看,管式扩散炉比链式氧化炉制备的SiO_(2)膜更加致密,膜层对掺杂区域的保护也更好。对于这2种设备,从制备的SiO_(2)膜厚度,硅片氧化前、后和碱抛光后的方块电阻变化,以及制得的“PERC+选择性发射极(SE)”单晶硅太阳电池的电性能3个方面进行详细对比。结果显示:管式扩散炉与链式氧化炉制备的SiO_(2)膜对SE激光重掺杂区域的保护效果略有差别,但对太阳电池电性能的影响较小,可忽略。因此,结合生产线兼容性及产能情况,链式氧化炉比管式扩散炉更具有推广优势。

激光参数对“SE+PERC”单晶硅太阳电池电性能的影响

以添加了选择性发射极(SE)工艺的“SE+PERC”单晶硅太阳电池为研究对象,通过改变SE激光掺杂处理时的激光功率、激光频率和激光扫描速度这3个参数,研究了不同激光参数对硅片的方阻差值、激光光斑形貌、硅片绒面微观结构,以及“SE+PERC”单晶硅太阳电池电性能等方面的影响。研究结果表明:激光光斑重叠率随着激光频率的增大而增大,随着激光扫描速度的增大而减小,与激光功率无关;激光功率越大、激光频率越小或激光扫描速度越小,硅片的方阻差值越大,对硅片绒面金字塔结构的损伤越大。因此,“SE+PERC”单晶硅太阳电池生产线需结合自身情况,在SE激光掺杂处理时匹配合适的激光功率、激光频率和激光扫描速度等激光参数。研究结果对今后“SE+PERC”单晶硅太阳电池生产线选择合适的SE激光参数具有一定的参考价值。

应用于高空飞行器的薄硅“SE+PERC”太阳电池的研发

综述了采用薄硅片的太阳电池在航天领域的发展历程,结合临近空间的环境特点,针对飞行器对太阳电池光电转换效率、功率质量比和环境适应性的特殊要求,阐述了采用薄单晶硅片的“SE+PERC”太阳电池(下文简称为“薄硅‘SE+PERC’太阳电池”)的基本结构和制备工艺控制要点。首先采用金刚线切割方式制备厚度为100μm的单晶硅片;然后在PERC太阳电池生产线的基础上,通过对制备工艺进行控制,制备出薄硅“SE+PERC”太阳电池;最后通过I-V测试仪测试该太阳电池的电性能。结果显示:批量生产的薄硅“SE+PERC”太阳电池的平均光电转换效率可达到21.1%。

激光掺杂设备在PERC太阳电池生产中的应用

首先介绍了在太阳电池生产过程中激光设备的类型,阐述了激光掺杂工艺在PERC太阳电池生产过程中的重要作用,然后介绍了激光掺杂设备的原理和结构,以及其光斑聚焦原理,提出了光斑异常解决方案,并分析了光路维护要求,提出了可保证了激光掺杂设备高效稳定运行的维护方法。随着对激光设备的深度了解及太阳电池技术的进一步升级,对激光设备的要求会更高,通过不断的优化,激光技术将在太阳电池产业化制造领域得到较好的应用和提升,激光设备也将更快地普及到更多领域。

基于高效PERC双面太阳电池的中大型光伏发电系统支架排布分析

以青海柴达木盆地大中型光伏发电系统设计为例,探讨钝化发射极背面接触(Passivated Emitter Rear Contact,简称PERC)太阳电池代替常规太阳电池,以及不同支架排布对光伏系统发电效率的影响.我们采用比常规太阳电池功率高26%的高效PERC太阳电池及PVsyst模拟对单角度固定式、双角度固定式、单轴东西向跟踪式、单轴南北向跟踪式和双轴跟踪式等不同排布的光伏系统进行设计分析.结果发现,双轴跟踪式排布系统的年发电量最多,但占地面积也最大,南北向跟踪式排布的单位占地面积发电量比单角度固定式提高了14%.即采用高效PERC电池南北向跟踪式排布比常规电池单角度固定式的系统发电量提高了40%,同时降低了系统的成本.

工业化双面PERC太阳电池研究

单面PERC电池已在实验室和产业化都证明了具有高的光电转换效率,兼容现有常规电池生产线,其生产工艺已逐渐变成单晶硅太阳电池的主流工艺。通过将PERC电池背面的全铝背场改成印刷铝栅线结构,可将单面PERC电池制作成为双面PERC电池。该文讨论高效双面PERC电池制作工艺,包括背面抛光反射率,背面氮化硅钝化膜的膜厚和折射率,背面导电铝浆对电池转换效率的影响,通过优化上述工艺,制作正面转换效率为21.67%及背面转换效率为16.06%,双面率为74.11%,可量产双面PERC太阳电池。

背面选择性激光开槽图案优化双面PERC单晶电池输出性能研究

报道了一种适用于大规模生产的高效9主栅线双面PERC单晶硅电池(158.75 mm×158.75 mm)。与传统连续线型图案相比,电池背面选择性激光开槽不连续短线改进型图案有利于空气在电极Al浆网印刷过程中沿着刮刀移动的方向从槽中充分排出,达到良好的填充效果。电池片共烧后,显微形貌测试表明,填充良好的浆料能与硅形成低温共熔物,从而减少了Al栅线下槽内不良填充导致的空洞并有利于Al背场的形成。此外,通过电致发光成像技术检测电池内部缺陷,并通过其定位对传统电池成像存在的不同色差区域进行量子效率谱检测,发现Al背场的形成有利于提高长波光子的利用率。改进型图案对应的电池前后光照效率分别为22.502%和14.777%(AM1.5 G,1000 W/m2,25℃),均优于采用传统型图案的太阳能电池。

SiO_(x)N_(y)/SiN_(x)减反膜对双面PERC单晶硅太阳电池效率提升研究

减反膜应用可降低气—固界面的菲涅尔反射,是提升光电转换效率晶硅太阳电池的有效手段之一。以商业化双面PERC单晶硅太阳电池(尺寸:182 mm×182 mm)为研究对象,以SiO_(x)N_(y)(1)/SiN_(x)(3)作为电池正面减反膜改善入射光子利用率。与传统SiN_(x)(4)减反膜相比,SiO_(x)N_(y)(1)/SiN_(x)(3)减反膜可显著降低300 nm~500 nm波段内光子反射率,短波段光子减反效果尤为明显。对应电池在标准测试条件下(AM1.5,1000 w·m^(-2),25℃)所测定平均光电转换效率可达23.227%,高于传统减反膜的电池效率(23.128%)。根据SERIS-V1.5软件对QE谱积分电流损失分析结果表明:基于SiO_(x)N_(y)(1)/SiN_(x)(3)减反膜电池电流损失相对采用传统SiN_(x)(4)减反膜电池,反射部分造成的电流损耗可降至0.867 mA·cm^(-2),且其他电学性能参数如开路电压及填充均得到一定程度改善,但并不实质影响电池背面效率。此外,基于SiO_(x)N_(y)(1)/SiN_(x)(3)减反膜电池规模生产终端EL测试良率与传统减反层电池相当,有望实现规模化生产。

双面p型PERC太阳电池的紫外衰减特性研究及电池紫外稳定性优化

以不同掺杂元素的高效双面p型PERC电池电性能参数在紫外辐照后的衰减特性为研究对象。硼元素掺杂和镓元素掺杂的双面PERC电池背面受紫外光辐照后,背面、正面效率均发生衰减,但两者背面效率衰减主要来自于I_(sc)衰减,而正面效率衰减主要来自于FF衰减,U_(oc)在整个紫外辐照过程中表现稳定,背面衰减与紫外辐照后钝化层的折射率增大有关,而正面衰减可能与电池串阻增大有关。通过增加电池背面钝化层厚度优化紫外稳定的镓掺杂双面电池的紫外稳定性。优化后的电池在15 kWh/m^(2)紫外辐照后,电池背面效率衰减仅为0.04%,同时其正面效率衰减相比于未加厚的电池下降0.32%,说明这种镓掺杂双面电池在户外光照下高稳定的潜力。

双面PERC太阳电池背面效率及双面率优化工艺

基于钝化发射极和背面接触(PERC)太阳电池工艺,对选择性发射极晶体硅双面PERC太阳电池背面效率及双面率优化进行了研究。采用等离子体增强化学气相沉积(PECVD)设备,制备了背面为AlOx/SiNx钝化膜层的双面PERC太阳电池。提出了几种不同背面钝化膜层的设计方案,分析了不同设计方案对双面PERC太阳电池背面效率及双面率的影响。测试结果表明,采用背面AlOx/SiNx叠层钝化膜、SiNx双层减反射膜、较大折射率梯度SiN_x膜层、较薄AlOx膜层及较薄SiNx膜层工艺,对提升双面PERC太阳电池背面效率及电池双面率效果显著,用最优设计方案制备的双面PERC太阳电池,其背面效率和双面率分别为14.96%和68.69%。

氧化太阳电池硫化原因及改善措施分析

针对p型SE-PERC单晶硅太阳电池的氧化现象,通过扫描电子显微镜扫描太阳电池氧化位置和正常位置来分析氧化现象产生原因,然后分析太阳电池氧化区域微观图像上存在的黑点的元素成分,最后给出了预防太阳电池氧化的措施。分析结果显示:太阳电池氧化区域黑点的成分主要为硫元素,而太阳电池氧化实际上是银栅线位置发生硫化导致的。因此减少生产过程中硫元素的引入,可有效预防太阳电池发生氧化。

低损伤选择性发射极太阳电池激光工艺

钝化发射极及背面接触(PERC)太阳电池技术叠加激光选择性发射极(SE)制备工艺是近年发展起来的提升PERC太阳电池效率的有效方法之一,但是在SE的制备过程中易发生磷硅玻璃(PSG)层被激光烧蚀的现象,导致电池性能下降。通过研究激光波长、脉冲频率、激光功率和扫描速度对硅片表面形貌、表面方块电阻、电池性能的影响,探索高效率、低损伤SE太阳电池的制备方法。实验结果表明,在激光波长为1 064 nm、激光功率为2 W、脉冲频率为30 Hz条件下可获得最佳电池性能,SE太阳电池光电转换效率最高达到22.01%,与传统工艺制备的太阳电池相比提升约0.51%。