太阳能电池、太阳能电池的制造方法和测试方法技术

本发明专利技术涉及一种太阳能电池、一种太阳能电池的制造方法和一种测试方法。本发明专利技术的太阳能电池(1)包括半导体衬底(10)和在迎光面侧布置于所述半导体衬底(10)的正面表面(11)的抗反射层(2)，所述抗反射层沿所述抗反射层(2)的层厚具有小于10伏、小于5伏或者小于3伏的极限电压。

【技术实现步骤摘要】

本专利技术涉及一种太阳能电池、一种太阳能电池的制造方法和一种测试方法。
技术介绍
目前最有效的太阳能组件由许多单个的太阳能电池构成，这些太阳能电池借助所谓的电池连接器相连成串。这些电池串上覆有塑料膜，嵌入在框架内，并被玻璃板盖住，以免受到环境因素的影响。此外，这种太阳能组件沿其太阳能电池背面被背膜封装起来。也就是说，入射光先穿过玻璃板，再穿过塑料膜，然后才到达太阳能电池正面。该塑料膜一般由乙烯乙酸乙烯酯(EVA)构成。另外，太阳能电池上通常涂覆有用来抑制入射光发生背反射的抗反射层，因此，这个抗反射层的层表面紧贴塑料膜布置。当一个由一或多个太阳能组件构成的太阳能组件串中的太阳能组件工作时，太阳能电池和框架之间会形成电位。如果太阳能组件中的太阳能电池采用串联连接，太阳能电池和框架之间的电位就会沿着该串联线路上升。工业上针对这个电位提出的限值通常约为 1000伏，也即，沿该串联线路允许存在1000伏左右的电位，而且上述背膜一般也是为此设计的。如果其中一个太阳能电池相对于框架具有负电位或正电位，玻璃板和塑料膜中就相应会有正离子(例如钠离子、钙离子或镁离子)或负离子(例如氢氧根离子)沿电场朝该太阳能电池方向迁移。这会在玻璃板与塑料膜之间的界面和/或塑料膜与抗反射层之间的界面上引起载流子累积，从而导致太阳能电池发生故障。另外，并联电阻也会因此而减小， 从而导致相关太阳能电池的部分或完全故障。这种基于组件框架和太阳能电池之间的诱发性电位差的衰退效应称为“电位诱发衰退”(PiD)。一种可以防止太阳能电池发生上述故障的方法是避免太阳能组件框架与该太阳能组件所包含的太阳能电池之间形成负电位差(正面η型发射极)和正电位差(正面P型发射极)。但是，相关的接地措施有可能极其复杂。此外还会使逆变器的选择受到限制，对系统效率产生不良影响。可以使用由硼硅玻璃构成的玻璃板，因为硼硅玻璃中会促进电荷聚集的离子成分相对较少。但这会增加太阳能组件的成本，从经济角度看是不可接受的解决方案。最后还可以尝试用比EVA更合适的材料来制造塑料膜，例如有机硅(如Wacker公司的Tectosil)、PVB (聚乙烯醇缩丁醛)或热塑性塑料(如Dupont公司的Surlyn)，因为 EVA中所含的乙酸以及EVA的高透水透湿性可能会产生不良影响。但是，EVA薄膜出于各方面原因非常适合用于太阳能组件。
技术实现思路
因此，本专利技术的目的是以有效而经济的手段减小或者基本上完全排除太阳能电池发生电位诱发衰退的可能性。本专利技术用以达成上述目的的解决方案为一种具有如权利要求1所述特征的太阳能电池、一种具有如权利要求9所述特征的太阳能电池制造方法和一种具有如权利要求10 所述特征的测试方法。本专利技术的有利改进方案由从属权利要求给出。本专利技术认为，对于安装在太阳能组件内的太阳能电池来说，电荷在玻璃板/塑料膜界面和/或塑料膜/抗反射层界面上的累积是其发生电位诱发衰退的原因所在。因此， 本专利技术的基本思路是为太阳能电池采用某种设计，使得这些电荷沿着抗反射层的层厚或者横向于抗反射层的层表面被该抗反射层导入半导体衬底或者予以中和。自某个电压起，如果流向塑料膜/抗反射层界面的电流与流经抗反射层或沿抗反射层流动的电流之间达到平衡，那么就可将这个电压视为极限电压。只有这样，所述界面处才不会有进一步的电荷累积。本专利技术人发现，在组装完毕的太阳能组件中，只有当每个单个太阳能电池的抗反射层本身就具有低于某个值的极限电压时，才能有效防止电位诱发衰退。为了测量抗反射层的极限电压，在太阳能电池处于未被接触状态时，即制造太阳能电池时在沉积抗反射层之后但在电镀处理之前，在该抗反射层上产生电晕放电。其中，抗反射层下面的半导体衬底起电极作用，设置一个电晕放电电极作为电晕放电所需的另一电极。随后测量该抗反射层的层表面的表面电压。这个表面电压可沿抗反射层的层表面发生变化，且可用电容探针(例如Kelvin探针)加以测量。如果测得的表面电压低于具有上述值的极限电压，就可认为，太阳能组件中设有这种抗反射层的太阳能电池即使不采取接地措施也不会发生电位诱发衰退。如果在所述半导体衬底(例如半导体晶片)的背面表面和所述电晕放电电极之间施加一个数千伏(kv)的高电压，所述电晕放电就会在所述抗反射层的层表面产生表面电荷。其中，电晕放电电极布置在抗反射层的层表面上方数厘米(cm)处。之后马上测量所述表面电压。举例而言，所施加的高电压可为5. 2kV，抗反射层的层表面与电晕放电电极顶端之间的距离约为10cm。在此情况下，电晕中会产生约为0.2微安(μΑ)的电流，大约经过 30分钟后，所述表面电压不再会因该电流而进一步发生变化，这时就可用(例如)KelVin探针来加以测量。在所述抗反射层的层表面测得的表面电压优选可以是该抗反射层的击穿电压。所述极限电压则是最大击穿电压，其作用是防止太阳能电池轻易发生电位诱发衰退。但极限电压是一个比击穿电压更为普遍的参数。击穿电压只能表征那些具有击穿特性的抗反射层。一旦超过击穿电压，流经抗反射层的电流就会呈指数级上升。而极限电压则可以表征那些即使在电压较低的情况下也具有导电能力的抗反射层，只是其电导率只有在超过该极限电压时才能用来实现有效的电荷迁移。下文将要介绍一些用来降低该极限电压的抗反射层处理措施，通过这些处理措施可以提高抗反射层的电导率和/或减小其击穿电压。制造所述太阳能电池时，所选用的制造参数应该使所述抗反射层如上所述具有足够低的极限电压。作为替代或补充方案，还可利用前述测试方法来测试抗反射层的极限电压并把符合上述标准的太阳能电池归类为适合进一步处理成太阳能组件的太阳能电池。常规方法只有在将太阳能电池装入太阳能组件后才能识别出该太阳能电池发生电位诱发衰退(PiD)的可能性有多大，与之相比，本专利技术测试方法的优点是可以在太阳能电池尚未装入太阳能组件时就识别出这种PiD易发性。这样就可以提前将容易发生PiD的太阳能电池淘汰。有一系列的方法可以制造出具有符合要求的极限电压的抗反射层。优选通过适当选择抗反射层的材料和/或构成抗反射层的化合物的化学计量组成来实现这一点。在某些实施方式中，可以通过适当选择抗反射层的折射率值来调节其极限电压， 因为在参数相同的情况下，所述极限电压可与折射率产生关联。另一种特别有利的方案是使所述极限电压低于上述值，但是折射率会比较低。根据一种优选实施方式，所述抗反射层在 632nm 波长下测定的折射率小于 η = 2. 2、η = 2. 15、η = 2. 1、η = 2. 05、η = 2. 0、η = 1. 9、η = 1.8、η = 1.6或η = 1.4。在这么低的折射率下发生PiD的概率特别大。但是通过选择一个程度相应的低极限电压，就算在这种情况下也能排除发生PiD的可能性。这样可将抗反射层的光学特性(特别是折射率)与它的电特性(即极限电压)予以分离。由此确保所述抗反射层可以在太阳能电池中继续发挥其本职作用。根据一种有利的改进方案，所述抗反射层经掺杂处理。通过用合适的掺杂剂对所述抗反射层进行掺杂处理，可以提高抗反射层的电导率，从而减小其极限电压。根据一种合理的设计方案，所述抗反射层中掺杂有磷、砷、氟或硼。作为替代方案，也可采用其他的合适物质或化合物作为掺杂剂。根据一种优本文档来自技高网...

【技术保护点】
１．一种太阳能电池（１），包括半导体衬底（１０）和在迎光面侧布置于所述半导体衬底（１０）的正面表面（１１）的抗反射层（２），所述抗反射层沿所述抗反射层（２）的层厚具有小于１０伏、小于５伏或者小于３伏的极限电压。

【技术特征摘要】
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【专利技术属性】
技术研发人员：马提亚斯·军格内鲁，安德雷斯·库克斯，马汀·沙德鲁，马克西米利安·舍夫，
申请(专利权)人：Q电池欧洲公司，
类型：发明
国别省市：DE