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user: 3. 结果与讨论 3.1. 电池片结果及讨论 本文产线实验首先选用转换效率η 0 不同的SiNx单层减反射膜电池片为衬底(200片/组)，采用LPD技术在前表面沉积SiO(C)膜前驱溶液，退火后制得SiOx(C)/SiNx双层减反射膜太阳电池并测试其I-V特性，从而获得转换效率h 1 等输出参数，由式(1)~(3)可得SiOx(C)膜层技术对相应参数实现的提升幅度∆η、∆I o 2 、∆R sh 。 不同转换效率电池片产线实验统计结果如表1所示： 由表1可知，不同转换效率SiOx(C)/SiNx双层减反射膜太阳电池转换效率增加的幅度约为0.08%~0.15% (abs.)，漏电流平均相对提高12.53%。 Table 1 Difference of solar cells efficiency as a function of original solar cell efficienc 参数 结果统计 h 0 /% 17.4 17.6 17.8 18 18.2 19.12 ∆h/% (abs.) 0.15 0.13 0.12 0.08 0.08 0.11 ∆I o 2 /% 12.5 12.5 12.5 11.7 13.2 12.8 表1. 不同转换效率电池片产线实验统计结果 进一步，本文产线进行批量生产实验，转换效率增幅及漏电流相对增幅统计如表2所示，进行两天四班统计跟踪。可看出，生产转换效率提升约0.13% (abs.)，漏电相对提升约10%。 生产统计结果与文献报道结果有较大出入，为进行原因分析，本文对生产统计结果进行验证分析(验证分析的生产实验由研发部人员监督控制完成，为便于区别，本文将之称为研发实验；而产线控制的生产实验称之为产线实验)，试图在实验过程中比较生产与研发控制异同，同时通过带速调节检验是否因退火时间控制造成结果改变，以便分析生产统计效果差的原因。如图2所示为研发实验转换效率及电流变化统计结果，转换效率增效幅度∆h为0.21%~0.35% (abs.)，平均增效幅度达0.274% (abs.)，电流提升幅度为111 mA~162 mA，平均提升132 mA。 表面反射率如图3所示，SiOx(C)/SiNx双层减反膜太阳电池表面反射率在500 nm以下波段明显降低，在800 nm以上波段表面反射率亦明显改善，提高太阳电池短波段入射光的有效利用率及长波响应，因而SiOx(C)膜层形成后太阳电池短路电流密度有效提高约100 mA，且肉眼观看SiOx(C)/SiNx双层膜表面比SiNx表面更暗。就表面反射检测结果而言，生产实验与研发实验的检测结果一致，说明生产实验过程与研发试验过程中SiOx(C)膜层形成工艺并非结果相差甚远的原因，退火工艺的控制也不是原因所在。 生产实验统计中(表1、表2)，SiOx(C)膜层制备后电池片漏电提高约10%，是抑制生产实验转换效率有效提升的主要因素，漏电流提升则太阳电池短路电流受到极大的影响，其最大提升幅度仅约45 mA，与研发实验结果相比电流增幅减少50%以上。太阳电池可等效为一个理想电流源I L 与两个二极管并联 [ 13 ] ，构成工作电路时，会遇到寄生电阻的问题，包括串联电阻R s 和并联电阻R sh ，R s 主要来自大面积太阳电池电流横向流动的电阻和金属栅线的接触电阻；R sh 则来自于实际制备的pn结的质量偏离，则太阳电池电流电压(I-V)关系式可表示为： I = I L − I D = I L − I o 1 [ e q ( V + I R s ) n 1 k T − 1 ] − I o 2 [ e q ( V + I R s ) n 2 k T − 1 ] − V + I R s R s h Table 2 Difference of solar cells efficiency made on the line by MD (Manufacture Department: MD 参数 生产统计结果 组别 1 2 3 4 ∆h/% (abs.) 0.12 0.15 0.11 0.16 ∆I o 2 /% 10.5 9.8 9.4 11.0 表2. 电池片小批量生产数据统计表 图2. 实验电池片转换效率及电流改善提升 其中I L 为太阳电池产生光生电流、I D 为暗电流，光生电流I L 能够被有效输出的电流I受二极管漏电及并联漏电影响：二极管漏电流I o 1 、I o 2 分别表征基区及发射区漏电、pn结空间电荷区漏电。提高太阳电池转换效率，需要高的填充因子、开路电压和短路电流密度，而要实现这些目标，关键是要减小饱和暗电流密度I o 1 和I o 2 ，同时增大光生电流密度I L 。转换效率损失的另一渠道是并联漏电，在制备过程中产生并联漏电的工艺有两个，一是去边工艺(也称为二次清洗)，去边不充分导致pn结连通，从而造成漏电；二是电极工艺，如果烧结工艺未优化，则易造成银或者其他金属离子会扩散到pn结，或造成金属浆料对n + 层过腐蚀，这些均会导致银颗粒与基区直接接触。此外，如果制备过程中存在损伤(如传递过程中造成的机械划伤等)，也会导致漏电并使并联电阻降低。简言之，低的并联电阻是降低电池效率的重要原因。 本文中，SiOx(C)膜层是绝缘膜层，沉积在太阳电池表面SiNx膜层上，不会造成pn结连通，对基区及发射区性能亦无影响。细心比较生产实验与研发实验过程的异同发现，生产实验过程中，沉积SiOx(C)膜前驱溶液前后及收、放电池片过程中存在较大的摩擦损伤，造成SiOx(C)/SiNx双层膜太阳电池并联电阻减小，这是造成漏电增大的原因，如图4(a)所示。在研发实验中，SiOx(C)膜制备前后(包括取、放电池片、前驱溶液沉积过程、退火过程)，整个过程电池片轻柔取放，对电池片没有造成摩擦损伤，SiOx(C)膜制备后电池片漏电流降低2%~6%，并联电阻Rsh提升4~15 W，如图4(b)所示。由此可知，产线实验太阳电池转换效率提升幅度较小的主要原因在于SiOx(C)膜层制备过程中，产线人员操作摩擦严重造成并联漏电所致。 为验证研发实验结果的可靠性，本文又再次进行了一次研发控制生产实验(400片)，其结果如表3所示。 可见，LPD技术制备的SiOx(C)/SiNx双层减反膜太阳电池能有效提高太阳电池转换效率，但如果LPD技术实现过程中存在操作不当，从而造成太阳电池片存在摩擦损伤，那么虽然转换效率能够提高，但提升幅度不大；而且还会降低太阳电池并联电阻，形成摩擦漏电，提高太阳电池反向漏电流，这是抑制太阳电池转换效率提升的原因。 3.2. 组件结果及讨论 文献 [ 12 ] 制备了2块60片组件，研究SiOx(C)/SiNx双层减反射膜太阳电池组件性能，其太阳电池片之间的串联由熟练工纯手动焊接，必要时用精细砂纸轻轻打磨电池片主栅后再焊接，取得了很好的实验结果。本文进行组件生产实验过程中，不做特殊要求，全部按照正常生产程序/操作进行制作。 组件生产跟踪统计结果如表4所示，封装前电池片平均转换效率η ave 亦列于表中，对于单层SiNx减 图3. SiOx(C)膜制备前后太阳电池表面反射率测试 图4. 摩擦损伤降低SiOx(C)/SiNx双层减反膜太阳电池转换效率。(a) 产线实验结果；(b) 研发实验结果 Table 3 Cells validation results， made by R 分组 V oc /mV FF/% ∆I sc /mA ∆I o2 /% ∆R sh /W ∆h/% SiNx单层减反膜太阳电池 624.750 78.547 149 −3.42 5.01 0.328 SiOx(C)/SiNx双层减反膜太阳电池 625.373 78.585 表3. 研发实验验证结果 Table 4 Module output performanc 组别 组件输出参数统计 η ave./ % V oc /V I sc /A FF/% R s /W P out /W SiNx单层膜 18.20 38.02 9.00 75.4 0.48 258.10 18.47 37.99 9.04 76.0 0.47 259.86 SiOx(C)/SiNx 18.19 38.00 9.01 75.2 0.52 257.44 18.27 38.02 9.01 75.2 0.51 257.76 18.39 38.12 9.00 75.5 0.53 259.08 表4. 组件电性能参数 反射膜太阳电池片封装的组件，电池片平均转换效率分别为18.2%、18.47%，其相应组件功率分别为258.1 W、257.4 W，由式(4)求解得到对应封装损失分别为2.88%、3.65%，平均封装损失为3.26%。SiOx(C)/SiNx双层减反射膜太阳电池，跟踪生产实验有三组，其电池片平均转换效率分别为18.10%、18.27%、18.39%，对应组件输出功率统计平均值分别为257.44 W、257.76 W、259.08 W，其封装损失分别为：3.07%、3.52、3.38%，平均封装损失为3.38%。 SiOx(C)/SiNx双层减反射膜太阳电池平均封装损失略高，受填充因子抑制，其组件输出功率偏低，主要是串联电阻R s 较高造成。电池片相互串联后层压封装构成组件，电池片之间通过焊带实现串联，组件串联电阻R s 由以下几个部分构成：电极(银)电阻、电极与衬底的接触电阻、n + 区横向电阻、基区电阻、背铝与衬底的接触电阻、背铝层横向电阻、焊带电阻(包括前后电极上的焊带电阻)、焊带与前表面电极之间的接触电阻、焊带与背面电极之间的接触电阻，其中前面六项是电池片串联电阻，后面三项是组件制备中心引入的。在制备SiOx(C)/SiNx双层减反膜太阳电池，需要在太阳电池前表面采用液相沉积法在表面沉积前驱溶液，为了制备得到均匀一致的膜层，整个电池片表面均沉积前驱溶液，对于电池片电极，虽然进行一定程度的掩模，但由于前驱溶液对于电池片表面具有很好的亲和性，且电极高度小且宽带窄，容易被前驱溶液浸没，进而在退火过程中形成膜层。该膜层能够改善电池片性能，同时也会造成焊带焊接的阻挡层，增加组件串联电阻，甚至造成虚焊，从而抑制组件输出功率。