一种太阳能电池及其背面膜层结构、电池组件及光伏系统的制作方法

1.本实用新型属于太阳能电池技术领域，尤其涉及一种太阳能电池及其背面膜层结构、电池组件及光伏系统。


背景技术：

2.现有p型或n型晶硅太阳能电池，采用氧化铝叠加氮化硅的背面膜层结构，研究发现，在高温多湿的情况下水汽进入电池组件，导致eva(醋酸乙烯脂)水解产生的醋酸与组件玻璃反应生成na ，ca ，fe 等，碱离子在组件边框和电池片表面直接产生的电场作用下形成漏电流，同时氧化铝钝化层中含有高密度的正电荷，会在漏电流的作用下诱导出一层负电荷，导致钝化效果消失，同时碱离子与电池片光照时pn结产生的空穴形成内电场，从而限制载流子输出，最终导致组件性能损失，从而使光伏组件发电效率大幅下降，并造成电池组件的抗pid(potential induced degradatio)电势诱导衰减性能降低，进一步使电池组件功率衰减，从而影响电池组件的使用寿命。


技术实现要素：

3.本实用新型实施例的目的在于提供一种太阳能电池的背面膜层结构，旨在解决现有的氧化铝叠加氮化硅的膜层结构抗电势诱导衰减性能较低从而影响电池组件使用寿命的问题。
4.本实用新型实施例是这样实现的，一种太阳能电池的背面膜层结构包括：在硅片背面依次沉积的氮氧化硅层及氮化硅层，所述氮化硅层由折射率从内到外逐渐降低的至少三层氮化硅膜组成。
5.更进一步地，所述氮化硅层包括从内到外折射率依次降低的第一氮化硅膜、第二氮化硅膜和第三氮化硅膜。
6.更进一步地，所述第一氮化硅膜的厚度为15-20nm，折射率为2.1-2.2；所述第二氮化硅膜的厚度为10-15nm，折射率为1.9-2.1；所述第三氮化硅膜的厚度为10-15nm，折射率为1.8-2.1。
7.更进一步地，所述氮化硅层包括从内到外折射率依次降低的第一氮化硅膜、第二氮化硅膜、第三氮化硅膜及第四氮化硅膜。
8.更进一步地，所述第一氮化硅膜的厚度为15-20nm，折射率为2.1-2.2；
9.所述第二氮化硅膜的厚度为10-15nm，折射率为1.9-2.1；
10.所述第三氮化硅膜的厚度为10-15nm，折射率为1.8-2.1；
11.所述第四氮化硅膜的厚度为10-15nm，折射率为1.7-2.0。
12.更进一步地，所述氮氧化硅的膜层厚度为53nm，氮硅氧的比例为8：1：1。本实用新型另一实施例的目的还在于提供一种太阳能电池，包括硅片、及在所述硅片背面沉积的如上述所述的背面膜层结构。
13.本实用新型另一实施例的目的还在于提供一种电池组件，所述电池组件包括如上
述所述的太阳能电池。
14.本实用新型另一实施例的目的还在于提供一种光伏系统，所述光伏系统包括如上述所述的电池组件。
15.本实用新型实施例提供的太阳能电池的背面膜层结构，通过在硅片背面依次沉积氮氧化硅层及氮化硅层，所述氮化硅层由折射率从内到外逐渐降低的至少三层氮化硅膜组成。通过采用氮氧化硅层替换氧化铝膜层，氮氧化硅层与硅之间形成优异的界面性质，能有效降低硅表面态密度，降低了对载流子的无辐射复合，从而有效提高了电池组件的抗电势诱导衰减的性能，延缓了电池组件的衰减，延长了电池组件的使用寿命，解决了现有氧化铝叠加氮化硅的膜层结构抗电势诱导衰减性能较低，从而缩短电池组件使用寿命的问题。
附图说明
16.图1是本实用新型一实施例提供的一种太阳能电池的背面膜层结构的结构示意图；
17.图2是本实用新型一实施例提供的一种太阳能电池的结构示意图。
具体实施方式
18.为了使本实用新型的目的、技术方案及优点更加清楚明白，以下结合附图及实施例，对本实用新型进行进一步详细说明。应当理解，此处所描述的具体实施例仅仅用以解释本实用新型，并不用于限定本实用新型。
19.在本实用新型中，除非另有明确的规定和限定，术语“安装”、“相连”、“连接”、“固定”等术语应做广义理解，例如，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或一体地连接；可以是机械连接，也可以是电连接；可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连，可以是两个元件内部的连通。对于本领域的普通技术人员而言，可以根据具体情况理解上述术语在本实用新型中的具体含义。本文所使用的术语“及/或”包括一个或多个相关的所列项目的任意的和所有的组合。
20.本实用新型通过采用氮氧化硅层替换氧化铝膜层，氮氧化硅层与硅之间形成优异的界面性质，能有效降低硅表面态密度，降低了对载流子的无辐射复合，从而有效提高了电池组件的抗电势诱导衰减的性能，延缓了电池组件的衰减，延长了电池组件的使用寿命，解决了现有氧化铝叠加氮化硅的膜层结构抗电势诱导衰减性能较低，从而缩短了电池组件使用寿命的问题。
21.实施例一
22.请参阅图1，是本实用新型实施例提供的一种太阳能电池的背面膜层结构的结构示意图，为了便于说明，仅示出了与本实用新型实施例相关的部分，本实用新型实施例提供的太阳能电池的背面膜层结构包括在硅片s1背面依次沉积的氮氧化硅层s2、及氮化硅层s3，该氮化硅层由折射率从内到外逐渐降低至少三层氮化硅膜组成。
23.其中，在本实用新型的一个实施例中，该太阳能电池的背面膜层结构为在硅片s1基体的背表面上沉积生长出各种膜层，如上述的依次沉积出氮氧化硅层s2及氮化硅层s3，其中，氮化硅层由折射率依次降低的至少三层氮化硅膜组成。其中该硅片s1基体可以为p型硅片基体或n型硅片基体，其用于制作成p型或n型晶硅太阳能电池。本实施例中，其具体采
用p型硅片基体作为其硅片s1基体。
24.其中，在本实用新型的一个实施例中，参照图1所示，在该硅片s1基体的背面上首先沉积出一层背面钝化层，具体的，该背面钝化层为氮氧化硅层s2。本实施例中，其具体采用氮氧化硅层s2作为背面钝化层。
25.进一步地，氮氧化硅层s2的厚度为50-55nm，其中，氮：硅：氧的比例为8：1：1。氮氧硅的比例决定了氮氧化硅层的折射率，通过改变三者的比例，进一步改变折射率。在本实用新型的一个优选实施例中，氮氧化硅层s2的厚度为53nm，氮硅氧的比例为8：1：1。可以理解的，在本实用新型的其他实施例中，其氮氧化硅层s2的厚度还可以为其他，其根据实际需要相对应的对其厚度及氮氧硅的比例进行折射率的设置，在此不做具体限定。
26.进一步地，在该氮氧化硅层s2上沉积出折射率逐渐降低的至少三层氮化硅膜，其中在本实用新型的一个优选实施例中，氮化硅层包括从内到外折射率依次降低的第一氮化硅膜s31、第二氮化硅膜s32和第三氮化硅膜s33。
27.进一步地，第一氮化硅膜的厚度为15-20nm，折射率为2.1-2.2。其中在本实用新型的一个优选实施例中，其第一氮化硅膜的厚度为18nm，折射率为2.1，氮硅比例为4.5：1。其中，氮硅比例决定了第一氮化硅膜s31的折射率，通过调整氮硅比例来调整折射率。可以理解的，在本实用新型的其他实施例中，其第一氮化硅膜s31的厚度还可以为其他，例如在本实用新型的一个次选实施例中，其第一氮化硅膜s31的厚度为16nm，其根据实际使用需要相应对其厚度及折射率进行设置，在此不做具体限定。
28.进一步地，在该第一氮化硅膜s31上沉积出第二氮化硅膜s32，第二氮化硅膜s32的厚度为10-15nm，折射率为1.9-2.1。其中在本实用新型的一个优选实施例中，其第二氮化硅膜s32的厚度为13nm，折射率为2.0，氮硅比例为7.5：1。其中，通过调整氮硅比例来调整第二氮化硅膜s32的折射率。可以理解的，在本实用新型的其他实施例中，其第二氮化硅膜s32的厚度及折射率还可以为其他，例如在本实用新型的一个次选实施例中，其第二氮化硅膜s32的厚度为15nm，折射率为1.9，其根据实际使用需要相应对其厚度及折射率进行设置，在此不做具体限定。
29.进一步地，在该第二氮化硅膜s32上沉积出第三氮化硅膜s33，第三氮化硅膜s33的厚度为10-15nm，折射率为1.8-2.1。其中在本实用新型的一个优选实施例中，其第三氮化硅膜s33的厚度为12nm，折射率为1.9，氮硅比例为9.5：1。其中，通过调整氮硅比例来调整第三氮化硅膜s33的折射率。可以理解的，在本实用新型的其他实施例中，其第三氮化硅膜s33的厚度及折射率还可以为其他，例如在本实用新型的一个次选实施例中，其第三氮化硅膜层的厚度为13nm，折射率为1.8，其根据实际使用需要相应对其厚度及折射率进行设置，在此不做具体限定。
30.其中本实用新型的一个优选实施例中，按照上述方式，在氮氧化硅层s2上依次沉积上述第一氮化硅膜s31、第二氮化硅膜s32和第三氮化硅膜s33，最终沉积出该太阳能电池的背面膜层结构。
31.可以理解的，在本实用新型的其他实施例中，其氮化硅层s3还可以有四层氮化硅膜，其中折射率按照从内到外依次降低。
32.进一步地，在该第三氮化硅膜s33上沉积出第四氮化硅膜，第四氮化硅膜的厚度为10-15nm，折射率为1.7-2.0。其中在本实用新型的一个优选实施例中，其第三氮化硅膜的厚
度为12nm，折射率为1.8，氮硅比例为11.5：1。其中，通过调整氮硅比例来调整第四氮化硅膜的折射率。可以理解的，在本实用新型的其他实施例中，其第四氮化硅膜的厚度及折射率还可以为其他，例如在本实用新型的一个次选实施例中，其第四氮化硅膜层的厚度为13nm，折射率为1.7，其根据实际使用需要相应对其厚度及折射率进行设置，在此不做具体限定。
33.可以理解的，在本实用新型的其他实施例中，其氮化硅层还可以有五层或多层氮化硅膜组成，其中折射率按照从内到外依次降低。需要指出的是，氮化硅膜层越多，使电池膜层结构的折射率更好，电池的减反射效果更好，同时对太阳光的吸收效果越好。
34.其中，本实施例中太阳能电池的背面膜层结构的制备过程如下：
35.步骤一、硅片s1前道处理，包括硅片s1基体清洗制绒、扩散制备pn结、刻蚀去除磷硅玻璃层及背面pn结，其中根据产线情况，可在扩散工序之后添加激光正面选择性掺杂工序，在刻蚀工序之后添加退火热处理工序，具体本实施例中，其硅片s1采用p型硅片，因此其扩散制备pn结时在硅片s1的正面形成一n型扩散层；
36.步骤二、硅片s1正面钝化处理，在经过上述步骤一的前道处理后的硅片s1的正面采用管式或板式pecvd制备正面钝化层和减反层，其中n型扩散层所在的表面为硅片s1的正面，其另外一面为硅片s1的背面，其正面钝化层具体采用氮化硅层；
37.步骤三、硅片s1背面钝化处理，在经过上述步骤二的正面钝化处理后的硅片s1的背面采用管式或板式pecvd制备背面钝化层，其中其背面钝化层为氮氧化硅层s2；
38.其中上述沉积氮氧化硅层s2的步骤具体包括：采用pecvd法在上述硅片背面进行氮氧化硅层s2的沉积，反应腔室的沉积压力为1100-1500mtorr(毫托)，射频电源功率为11000-15000w(瓦特)，沉积气体中的硅烷(sih4)流量为400-800sccm(standard cubic centimeter per minute，每分钟标准毫升)，氨气(nh3)流量为1200-2000sccm，一氧化二氮(n2o)流量为，6000-10000sccm，使得沉积一层厚度为50-55nm，n/si/o比例为8:1:1的氮氧化硅层；
39.本实施例中，优选地，其沉积压力优选为1200mtorr，射频电源功率优选为14000w，硅烷流量优选为520sccm，氨气流量优选为1600sccm，一氧化二氮流量优选为8400sccm，使得沉积得到厚度为53nm，n/si/o比例为8:1:1的氮氧化硅层。
40.步骤四、在氮氧化硅层上沉积至少三层氮化硅膜；
41.其中上述沉积氮化硅层的步骤具体包括：采用pecvd法在上述硅片背面进行第一层氮化硅膜s31的沉积，本实施例中，优选地，其沉积压力优选为1650mtorr，射频电源功率优选为17971w，硅烷流量优选为1900sccm，氨气流量优选为6700sccm，使得沉积得到厚度为18nm，折射率为2.1的第一氮化硅膜s31。
42.接着在第一层氮化硅膜s31上继续沉积第二氮化硅膜s32，本实施例中，优选地，其沉积压力优选为1650mtorr，射频电源功率优选为17971w，硅烷流量优选为1900sccm，氨气流量优选为13200sccm，使得沉积得到厚度为13nm，折射率为1.9的第一氮化硅膜s32。
43.接着在第二层氮化硅膜s32上继续沉积第三氮化硅膜s33，本实施例中，优选地，其沉积压力优选为1650mtorr，射频电源功率优选为17971w，硅烷流量优选为1900sccm，氨气流量优选为10500sccm，使得沉积得到厚度为12nm，折射率为1.8的第三氮化硅膜s33。
44.进一步的，在上述第三氮化硅膜s33上可以继续沉积第四层、五层或多层氮化硅膜，使得最终共生长四层、五层或多层的氮化硅膜层，从而形成硅片的背面膜层结构。
45.其中，需要指出的是，氮化硅膜越多，使电池膜层结构的折射率更好，电池的减反射效果更好，同时对太阳光的吸收效果越好。
46.本实施例中，通过将现有的背面氧化铝层更改为氮氧化硅层，氮氧化硅层与硅之间形成优异的界面性质，能有效降低硅表面态密度，表面态属于复合中心，可严重降低太阳能电池的少子寿命，从而影响电池输出特性，表面态越少，对载流子的无辐射复合越小，从而提高了电池的抗pid性能，延缓了电池组件的衰减，进一步延长了电池组件的使用寿命。并且通过至少三层氮化硅膜的设计，提高了电池组件的折射率，使电池组件的减反射效果更好，与现有技术相比，在不改变现有机台的情况下，采用氮氧化硅层替换氧化铝膜层，解决了现有的氧化铝叠加氮化硅的膜层结构抗电势诱导衰减性能较低缩短电池组件使用寿命的问题。同时其制备生产时可以方便地兼容现有晶硅太阳能电池生产线，不需要额外投入新的设备，具有成本低、工艺简便和兼容性好的优点。
47.本实施例中，通过在硅片背面依次沉积的氮氧化硅层及氮化硅层，上述氮化硅层由折射率从内到外逐渐降低的至少三层氮化硅膜组成。通过采用氮氧化硅层替换氧化铝膜层，氮氧化硅层与硅之间形成优异的界面性质，能有效降低硅表面态密度，降低了对载流子的无辐射复合，从而有效提高了电池组件的抗电势诱导衰减的性能，延缓了电池组件的衰减，延长了电池组件的使用寿命，解决了现有氧化铝叠加氮化硅的膜层结构抗电势诱导衰减性能较低，从而缩短了电池组件使用寿命的问题。
48.实施例二
49.请参阅图2，是本实用新型第二实施例提供的一种太阳能电池的结构示意图，为了便于说明，仅示出了与本实用新型实施例相关的部分，为简要描述，其实施例部分未提及之处，可参考前述实施例中相应内容，该太阳能电池包括硅片、及在硅片背面沉积的如前述实施例所述的背面膜层结构。
50.具体的，其太阳能电池可以为p型或n型晶硅太阳能电池，在本实施例中，以p型晶硅太阳能电池为例，如图2所示，该太阳能电池包括p型硅片s1、在p型硅片s1上扩散制备pn结所形成的n型扩散层s4、在n型扩散层s4上钝化处理所制备的正面钝化层和减反层s5、在正面钝化层和减反层s5上的正面银电极s6、在p型硅片s1背面依次排布的氮氧化硅层s2、氮化硅层s3及背面电极s7，其中氮化硅层由折射率从内到外逐渐降低的至少三层氮化硅膜组成。可以理解的，其太阳能电池为n型晶硅太阳能电池时与上述结构大体相同，此时其n型硅片上扩散形成的为p型扩散层，其他结构参照上述所述，在此不予赘述。
51.本实施例提供的太阳能电池，通过在硅片背面依次沉积的氮氧化硅层及氮化硅层，上述氮化硅层由折射率从内到外逐渐降低的至少三层氮化硅膜组成。通过采用氮氧化硅层替换氧化铝膜层，氮氧化硅层与硅之间形成优异的界面性质，能有效降低硅表面态密度，降低了对载流子的无辐射复合，从而有效提高了电池组件的抗电势诱导衰减的性能，延缓了电池组件的衰减，延长了电池组件的使用寿命，解决了现有氧化铝叠加氮化硅的膜层结构抗电势诱导衰减性能较低，从而缩短了电池组件使用寿命的问题。
52.实施例三
53.本实用新型第三实施例还提供一种电池组件，该电池组件包括前述实施例所述的太阳能电池，其电池组件根据前述实施例所述的太阳能电池分别进行分选、测试、及封装后制作得到。
54.本实施例中的电池组件，通过在硅片背面依次沉积的氮氧化硅层及氮化硅层，上述氮化硅层由折射率从内到外逐渐降低的至少三层氮化硅膜组成。通过采用氮氧化硅层替换氧化铝膜层，氮氧化硅层与硅之间形成优异的界面性质，能有效降低硅表面态密度，降低了对载流子的无辐射复合，从而有效提高了电池组件的抗电势诱导衰减的性能，延缓了电池组件的衰减，延长了电池组件的使用寿命，解决了现有氧化铝叠加氮化硅的膜层结构抗电势诱导衰减性能较低，从而缩短了电池组件使用寿命的问题。
55.实施例四
56.本实用新型第四实施例还提供一种光伏系统，该光伏系统包括如前述实施例所述的电池组件。
57.本实施例中的光伏系统，通过在电池组件中太阳能电池的背面依次沉积的氮氧化硅层及氮化硅层，上述氮化硅层由折射率从内到外逐渐降低的至少三层氮化硅膜组成。通过采用氮氧化硅层替换氧化铝膜层，氮氧化硅层与硅之间形成优异的界面性质，能有效降低硅表面态密度，降低了对载流子的无辐射复合，从而有效提高了电池组件的抗电势诱导衰减的性能，延缓了电池组件的衰减，延长了电池组件的使用寿命，解决了现有氧化铝叠加氮化硅的膜层结构抗电势诱导衰减性能较低，从而缩短了电池组件使用寿命的问题。
58.以上所述仅为本实用新型的较佳实施例而已，并不用以限制本实用新型，凡在本实用新型的精神和原则之内所作的任何修改、等同替换和改进等，均应包含在本实用新型的保护范围之内。