一种彩色多晶硅太阳电池的制备方法及性能测试

  通过调节氮化硅减反膜厚度可制备出呈现各种颜色的彩色多晶硅太阳电池，但如何获得良好欧姆接触及拉脱力的电极是彩色多晶硅太阳电池制备的难点。本文通过在常规工艺路径基础上增加腐蚀开槽工艺解决了电极性能问题，研究并优化了彩色多晶硅太阳电池减反膜的光学性能和电池的电学性能。该工艺较为简单，可操作性强，适用于规模生产，电池外观及可靠性均能满足市场要求，具备广阔的应用和市场开拓潜力。

实验：样品制备

实验采用p 型多晶硅片(156 mm×156 mm)，彩色多晶硅太阳电池样品的制备流程如图1 所示。所有样品经多晶硅太阳电池生产的常规工艺进行制绒、扩散、刻蚀后，用板式PECVD 调节一次性镀膜工艺，在硅片正面沉积蓝色、金黄色、紫红色和绿色的氮化硅减反膜，并通过腐蚀去除印刷区域一定厚度的氮化硅减反膜，然后清洗和甩干，再经过印刷烧结，分别制得蓝色、金黄色、紫红色、绿色共4 种颜色的彩色多晶硅太阳电池。制备完成后，对样品进行性能测试，其中蓝色为常规多晶硅太阳电池，将其设为本文其他彩色多晶硅太阳电池性能测试的对比组。

在本实验中，氮化硅减反膜的厚度测试采用SENTECH SE 400adv 多角度激光椭偏仪；氮化硅减反膜薄膜沉积后样品的反射率测试采用R9000-2DMA 全自动D8 积分式反射仪；多晶硅太阳电池的电性能测量采用Halm 测试机；多晶硅光伏组件的电性能测试采用PASAN 功率测试仪。

测试结果及分析

减反膜的反射率测试,沉积4 种颜色的减反膜后，测试硅片表面的反射率，其变化与差异如图2 所示；不同颜色减反膜的表面反射率与未镀膜的表面反射率如表1 所示。

随着减反膜膜厚的增加，平均反射率也依次增高，金黄色、紫红色和绿色多晶硅太阳电池的反射光在可见光范围内出现波峰和波谷逐渐增多，这与文献[5] 的测试结果基本一致。

减反膜的膜厚测试

本文是采用印刷前一次性沉积彩色减反膜的方法，由于减反膜较厚，目前行业市场化的正面电极银浆无法穿透氮化硅减反膜而到达p-n 结，使正面银浆与硅基体不能形成良好的欧姆接触。因此，本文彩色多晶硅太阳电池在制备过程中最重要的工序是腐蚀，即在印刷前需对特定区域减反膜进行腐蚀处理。腐蚀后氮化硅减反膜的厚度也是至关重要的参数，表2 为氮化硅减反膜腐蚀前及腐蚀后腐蚀区域的膜厚对比。


从表2 可以看出，腐蚀后的氮化硅减反膜厚度已满足目前银浆的穿透能力，通过烧结，可以与硅机体形成良好的接触，这在下文电池的电性能参数上也可以体现出来。

彩色多晶硅太阳电池的电性能测试

表3 是不同颜色多晶硅太阳电池的电性能参数表。从表3 可以看出，当折射率不变，随着膜厚的增加，膜的钝化效果在增加，Voc 有增加的趋势，但不明显；而Isc 却明显降低，这是由于膜厚增加导致反射率增加；同时膜越厚，膜层的吸光作用也越强[5]。另外，其他颜色的多晶硅太阳电池Rs 比蓝色的略有增加，但从电性能数据来看，电极已与硅基体形成了良好的欧姆接触。

彩色多晶硅光伏组件功率测试

图3 为彩色多晶硅光伏组件功率的增益情况。从图3 中数据点可以看出，彩色多晶硅光伏组件都是有正增益的，最高可增益8% 左右。

彩色多晶硅太阳电池的正电极拉力测试

采用350 ℃的电烙铁对彩色多晶硅太阳电池的正面电极进行焊接，并测试焊接拉力。4 种颜色的多晶硅太阳电池的拉力测试结果如表4 所示，图4 为绿色多晶硅太阳电池的拉力曲线。



从表4 可以看出，该工艺所制作的彩色多晶硅太阳电池的正电极拉力完全符合要求。

2 结论

本文利用PECVD 一次性沉积彩色减反膜，并通过腐蚀降低印刷区域的减反膜厚度，经过印刷烧结后，制得彩色多晶硅太阳电池。

结论

通过测试可知：

1) 沉积的彩色减反膜越厚，表面的反射率越高，吸光效果也越明显，对电池电流的影响也越明显，但对电压增益不太明显；

2) 腐蚀后的减反膜厚度可以使正面电极与硅基体形成较好的欧姆接触；

3) 电极的焊接拉力完全满足要求，虽然彩色多晶硅太阳电池的效率比传统蓝色多晶硅太阳电池的效率低了很多，但在封装之后，彩色多晶硅光伏组件的功率有明显的增益。