摘要：利用管式PECVD工艺，通过调整气体流量比，得到减反射性能较佳的双层SiNx:H膜电池片，再对电池片封装成的光伏组件进行96h、300h的PID实验，得出较佳的抗PID工艺。实验结果表明，当折射率<2.05时，电池片的抗PID效果较差，当折射率>2.16时，抗PID效果显著；即减反射层工艺为达到较高的光电转化效率并同时满足抗PID效果，控制SiNx膜电池片的折射率为2.16±0.02；即淀积1的较佳流量比NH3/SiH4为4.83，淀积2的较佳流量比NH3/SiH4为13.33，在此配比下电池片外观正常，电性能稳定性较好，同时组件抗PID测试300h后衰减<5%。

0引言
　　电池诱导衰减(potentialinduceddegradation，PID)早几年就已受到业界普遍重视，据相关资料显示，组件在户外使用几年后会出现PID现象，严重情况下会导致组件约40%的功率损失，严重影响光伏系统正常使用。PID现象的真实机理目前还没有科学的论断，但普遍认为是光伏组件在使用过程中与地面接触产生电势差，由于组件表面玻璃内含有金属离子(如钠、钙等)，这些离子可能向下运动到电池片内部，导致电池在利用太阳光发电中发生功率损耗及衰减[1]。PID现象通常发生在系统中负电位一端的组件，研究发现，电池片与接地边框之间巨大的负电势差是导致这一现象的直接原因[2]。一些国家和地区已经把抗PID作为组件的关键要求之一，虽然PID的真正原因还没有明确的定论，但各个组件厂和研究机构的数据表明，PID现象与电池工艺、玻璃、EVA、温度、湿度等有关[3]。
　　为提高光伏组件抗PID能力，本文重点研究了等离子体增强化学气相沉积(PECVD)工艺，即改变SiNx减反射层结构，在保证电池片效率较高的前提下同时具备良好的抗PID能力，PECVD作为辅助光吸收工艺在整个太阳电池工艺中处于相对重要的地位。
　　PECVD的目的是在硅片表面沉积一层折射率低于硅片本身折射率的薄膜，减少光入射到硅片时的表面反射。采用双层减反射膜层，即底层沉积一层折射率大而薄的SiNx，而顶层采用折射率低且较厚的SiNx，这种结构不仅可以提供很好的钝化效果，反射率也能大幅降低。故探究PECVD工艺的膜层结构对光伏组件抗PID能力的影响意义重大。
　　本文主要通过对PECVD工艺中的减反射层结构的优化，得出较佳的抗PID电池工艺，使电池片效率最佳的同时满足光伏组件抗PID能力，即确保PID300h后衰减<5%[4-6]。

1实验过程
　　1.1减反射层薄膜原理
　　PECVD是气态物质间发生的化学反应，是利用气体放电和非平衡等离子体来生成有效SiNx减反射层薄膜[7]。其原理如下：

     目前，PECVD工艺普遍采用的反应气体为氢稀释的SiH4和NH3。硅烷和氨气反应得到的H离子在薄膜层中的作用不可替代，可以弥补膜层结构中缺陷能级，使材料的价电子得到有效控制。通过多次实验获得较佳的膜层结构参数[8]，从而得到可量产的较佳PECVD工艺参数。
　　1.2实验
　　实验采用156mm×156mm多晶硅片，电阻率介于1.0～3.0Ω·cm。太阳电池片制备过程：1)经过链式酸制绒(Rena机台)得到凹凸不平绒面；2)由POCl3热扩散得到p-n结；3)湿法刻蚀和去电池片表面磷硅玻璃(链式RenaInoxside机台)；4)利用PECVD法沉积SiNx:H减反射层膜；5)丝网印刷Ag背电极、Al背电场和Ag正电极；6)烧结和效率测试[4]。本课题通过调整PECVD的膜层结构来优化工艺，镀膜设备采用青岛赛瑞达有限公司生产的管式PECVD炉管，通过调整硅烷和氨气流量控制SiNx:H膜的折射率；利用Helios积分球反射仪测试硅片的反射率和波长；利用Sentech公司生产的SE400adv-PV型单波长椭圆偏振仪测试减反膜的折射率。
　　将最优工艺条件下得到的电池片封装成组件，组件为60片电池规格，组件从上而下的结构为：钢化玻璃→改性EVA→电池片→改性EVA→FST背板。在此基础上验证不同膜层结构的光伏组件的抗PID能力，采用陕西众森电能有限公司的XJCM-8A型光伏组件测试仪测试组件功率，利用ASICCN测试仪对组件外观进行缺陷测定。

2实验结果与讨论
　　在正常工艺条件下，选取相同批次、相同片源的批量电池片进行太阳电池的工艺实验，在衬底温度、压强等相同条件下改变镀膜时混合气体的NH3/SiH4流量比，得到不同流量比下的折射率参数(多次实验平均值)，如表1所示。

　　由表1可知，通过改变淀积1和淀积2的气体流量比和时间，最终的电池片折射率呈上升趋势，说明硅氮比直接影响折射率。此结构参数下的批量电池片经过丝网印刷得到的电性能参数如表2所示。

　　由表2可知，3种工艺条件下的电性能差异不大，效率呈现上升趋势；折射率为2.16时，工艺在效率上较优越。将以上3种工艺条件下的电池片各封装为60片组件2块，采用相同的光伏玻璃、EVA、背板、硅胶等物料，并测试组件实验前功率和EL图；然后进行PID96h实验，实验条件为边框接地-1000V、温度85℃、湿度85%RH，96h[5,6,9]后待组件背面温度稳定为25℃左右时，测试组件实验后功率和EL图，结果如表3所示。

　　从表3的实验结果看，折射率约为2.05的工艺在温度85℃、湿度85%RH、边框接地-1000V的条件下，48h后EL图边缘电池片就开始变黑，说明组件即将要出现功率损失现象，即PID现象；96h后边缘有一圈电池片已发黑，可定义为问题组件，如图1(实验前)和图2(实验后)所示，测试功率衰减高达23.58%，EL图中显示组件边缘的电池片为黑片。

　　为了更进一步验证第2种工艺(SY2)和第3种工艺(SY3)的抗PID效果，将96h后的组件继续实验204h，即300h后的PID结果如表4所示。

　　由表4可得，第3种工艺即折射率偏高的电池片抗PID300h后衰减率最低，实验效果较佳。由图6实验后EL图可知，组件实验前后EL无差异。后续通过量产得出各项电性能参数正常，返工比例正常，组件的PID300h抽检衰减率都在要求范围内，即PID300h<5%。

3结论
　　通过实验对比可知，折射率控制在2.16±0.02的电池片，选择合适的封装物料后，组件的抗PID效果较佳；其他各段工艺在产线正常工艺条件下，电池片外观正常，电性能稳定性较好，同时组件各项性能较佳，抗PID测试300h后衰减<5%，均满足要求。
参考文献
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