一种清洗器和提高异质结太阳电池转换效率的方法

文档序号:1848518 发布日期:2021-11-16 浏览:24次 >En<

阅读说明:本技术 一种清洗器和提高异质结太阳电池转换效率的方法 (Cleaner and method for improving conversion efficiency of heterojunction solar cell ) 是由 孙林 杜俊霖 陈功兵 张�林 杨秀清 刘香飞 闫涛 潘登 于 2021-08-17 设计创作,主要内容包括:一种清洗器和提高异质结太阳电池转换效率的方法,属于太阳电池领域。提高异质结太阳电池转换效率的方法包括于制作异质结太阳电池时,在对异质结太阳电池的单晶硅片制绒之后、以及制作非晶硅层之前,实施以下去有机物操作:使用紫外线照射,用以对制绒后的单晶硅片进行清洗的清洗液和/或清洗槽,以对应使清洗液和/或清洗槽中的有机物污染物通过光化学反应被分解而去除或减少。该方案可以提高异质结太阳电池的转换效率。(A cleaner and a method for improving the conversion efficiency of a heterojunction solar cell belong to the field of solar cells. The method for improving the conversion efficiency of the heterojunction solar cell comprises the following operations of removing organic matters after texturing a monocrystalline silicon wafer of the heterojunction solar cell and before manufacturing an amorphous silicon layer when the heterojunction solar cell is manufactured: and the cleaning solution and/or the cleaning tank are used for cleaning the textured monocrystalline silicon wafer by using ultraviolet irradiation, so that organic pollutants in the cleaning solution and/or the cleaning tank are decomposed through a photochemical reaction and removed or reduced. The scheme can improve the conversion efficiency of the heterojunction solar cell.)

一种清洗器和提高异质结太阳电池转换效率的方法

技术领域

本申请涉及太阳电池领域,具体而言,涉及一种清洗器和提高异质结太阳电池转换效率的方法。

背景技术

发电效率和发电成本是光伏产业重要的命题。

其中的发电效率包含转换效率及其稳定程度等。转换效率与单个电池片的转换效率、组件的封装技术有关。而在各种异质结电池中,转换效率比较高的电池有如异质结。

如何优化以进一步优化异质结电池的转换效率是一个难题。

发明内容

本申请提供了一种清洗器和提高异质结太阳电池转换效率的方法,其能够部分或全部地改善、甚至解决相关技术中的异质结太阳电池的转换效率的问题。

本申请是这样实现的:

在第一方面,本申请的示例提供了一种提高异质结太阳电池转换效率的方法,其中的异质结太阳电池包括单晶硅层和分别于其两侧的非晶硅层。

并且,该方法包括于制作异质结太阳电池时,在对单晶硅片制绒之后、以及制作非晶硅层之前,实施以下利用紫外线的去有机物操作:

使用紫外线照射,用以对制绒后的单晶硅片进行清洗的清洗液和/或清洗槽,以对应使清洗液和/或清洗槽中的有机物污染物通过光化学反应被分解而去除或减少。

根据本申请的一些示例,去有机物操作在制绒后的单晶硅片进入到清洗槽之前实施;或者,去有机物操作在清洗液进入到清洗槽的之前或过程中实施。

根据本申请的一些示例,使用紫外线照射是连续照射进行;或者,使用紫外线照射是间断性照射进行的。

根据本申请的一些示例,使用紫外线照射是以固定频率间断性照射进行的。

根据本申请的一些示例,紫外线的波长为185nm。

根据本申请的一些示例,去有机物操作提高了异质结太阳能电池中的少子寿命。

在第二方面,本申请的示例提供了一种用于实施上述的提高异质结太阳电池转换效率的方法的清洗器。

该清洗器包括:

槽体,具有底壁和侧壁且共同围合形成定义有深度方向的槽腔;

进液接头,设置于底壁或侧壁且接近底壁,且被构造为沿着与深度方向纵横交错的方向为槽腔内提供清洗液;

紫外线发生机构,被保持于槽体,且被构造为发射的紫外线朝向槽腔内。

根据本申请的一些示例,槽腔是开放的;或者,槽腔是封闭的,且清洗器还包括盖体,与槽体的侧壁配合,以封闭槽腔。

根据本申请的一些示例,盖体具有溢流接头,用于供槽腔内的清洗液流出到槽腔之外;或者,盖体与侧壁可拆卸连接;或者,紫外线发生机构固定于盖体。

根据本申请的一些示例,紫外线发生机构固定于所述底壁和/或所述侧壁;

或者,清洗器还包括与紫外线发生机构电连接的开关,用于可选地接通或切断紫外线发生机构与电源的连接;

或者,还包括开关和频率发生机构,开关通过频率发生机构与紫外线发生机构电连接,频率发生机构用于产生具有设定的固定频率的通断信号,以使开关与紫外线发生机构以固定频率进行电连接的接通或切断。

在以上实现过程中,本申请实施例提供的方法和设备,通过为制绒后的单晶硅片的清洗过程提供不存在有机物污染物或更少量的无机污染物清洗环境,从而避免或减小制绒后的单晶硅片被这些有机污染物所污染或污染的程度,从而有助于提高后续基于该制绒且清晰后的单晶硅片制作非晶硅层的质量(如缺陷少、界面品质高等),进而提高电池的电学性能,例如转换效率。

附图说明

为了更清楚地说明本申请实施例或现有技术中的技术方案,以下将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍。

图1为一种由本申请实施例中制作的硅异质结太阳能电池的结构示意图;

图2示出了本申请示例中采用紫外线照射硅片清洗用纯水的电阻率和少子寿命的变化趋势图;

图3示出了本申请示例中的用于实施提高异质结太阳电池转换效率的方法的清洗器的结构示意图。

图标:110-表面银电极;111-表面透明导电氧化物;112-表面N+掺杂非晶硅;113-表面本征非晶硅;114-背面本征非晶硅;115-背面P+掺杂非晶硅;116-背面透明导电氧化物;117-背面银电极;201-槽体;2011-侧壁;2012-底壁;202-紫外线发生机构。

具体实施方式

异质结太阳能电池的一般结构可参见如图1所示。该图示的异质结太阳电池基于N型单晶硅,并以其作为基底分别在两侧形成通过非晶层制作异质结,并构成双面电池的结构。

其中,从图1所示的方向,由上之下分别为表面银电极110、表面透明导电氧化物111、表面N+掺杂非晶硅112、表面本征非晶硅113、N掺杂单晶硅(即N型单晶硅)、背面本征非晶硅114、背面P+掺杂非晶硅115、背面透明导电氧化物116和背面银电极117。

目前制作异质结太阳电池的工艺中,例如可以通过下述流程实施:制绒、非晶硅、TCO、丝网印刷电极和测试。

其中的制绒过程例如大致是:依次执行预清洗、去损、SC1(Standard Clean1)、制绒、SC1(Standard Clean1)、CP(Chemical Polish,化学抛光)、HF清洗(使用稀释氢氟酸DHF)、烘干。

更具体而言,制绒过程大致如下:依次进行预清洗、水槽、去损、水槽、SC1、水槽、制绒、水槽、SC1、水槽、CP、水槽、HF槽、水槽和烘干。

制绒的主要目的之一是为去除硅片表面的脏污和损伤层,并形成表面织构。就本申请发明人所知,目前异质结太阳能电池通常采用N型硅片通过碱制绒的方式,在硅片的表面形成金字塔,并且制绒后清洗干净表面的有机物、化学抛光等。

其中,制绒之后的清洗步骤一般就是所谓的“后清洗”并且,后清洗步骤的第一步一般采用SC1清洗。经过实践发明人发现,制绒之后进行的操作—后清洗—会在一定程度上影响后续基于此所制备的异质结太阳电池的转换效率。经过研究,发明人认为其一个可能的原因在于后清洗操作中,发生了有机物污染。例如,在硅片表面的添加剂有机物,而这些有机物未清洗干净或者在后续清洗过程中存在有机物污染。那么,在后续进行非晶硅镀膜时,硅片表面的有机污染物将严重地影响其界面性能,从而形成缺陷,并最终影响(劣化)电池的转换效率。

因此,异质结太阳电池的制作流程的制绒工艺中,后清洗SC1及其之后的工艺槽后,特别是CP(化学抛光槽)后,若存在有机物粘附,后续的槽体将没有清洗有机物的能力。

并且,当电池制程中所使用的纯水站在单独厂房中时,则生产时需要用管道将纯水输送至车间使用,而输送的管道较长(例如100-200米),就很难排除输送过程中纯水受到少量有机物的污染。而即使少量的污染带入到后清洗步骤的槽体中,也同样会对硅片表面造成有机物污染,从而影响非晶硅的镀膜钝化,最终影响电池的转换效率。

针对这样的问题以及分析研究,发明人提出了一种解决方案(至少能够缓解上述问题),并且经验证通过消除或减少有机污染,可以稳定异质结太阳电池的非晶硅少子寿命/减少非晶硅少子寿命波动,从而也相应地可以稳定(提升或者说至少不会劣化)电池的转换效率。

根据上述分析,有机物污染可能主要是因为纯水受到污染而引入,并且这些污染物还可能附着于各种清洗用的槽内。其中作为衡量水中有机物含量的一个指标是总有机碳TOC(Total Organic Carbon);其表征了纯水中的有机物含量。因此,在本申请示例中选择通过紫外线灯照射纯水或设备槽。由于紫外线属于高能射线,因此,纯水中的有机物经过紫外线照射之后会被分解成水和二氧化碳,而二氧化碳在水中会降低纯水电阻率(提高电导)。

那么,紫外线灯照射下,如果纯水的电阻率明显下降,则说明照射之前的纯水中TOC含量较高。且同时也可知,通过紫外线照射可以去除纯水中的有机污染物。

而在本申请示例中采用紫外线灯照射的原因在于:

异质结太阳电池在清洗制绒的后清洗步骤中,对纯水中的有机物含量非常敏感。当纯水中的有机物含量超过20ppb时,就会对非晶硅少子造成不利影响,从而对最终的效率产生消极的影响。

而紫外线照射纯水,会让纯水中的有机分解,从而降低纯水中的有机物含量。所以,紫外线的照射可以去除有机物污染,进而减少对电池的不利影响。如图2所示,制绒后的少子寿命由72μs、73μs提高为90μs、102μs。并且,在后续制作非晶硅之后,少子寿命可以由1500μs至2000μs提高到1700μs至2200μs。

紫外线照射/清洗主要是利用有机化合物的光敏氧化作用来达到去除有这些机物质。例如,紫外线可以采用发射波长为185nm和254nm的光波的UV光源。在上述波长的紫外线具有很高的能量,当这些光子作用有机物上时,大多数碳氢化合物对其中的185nm波长的紫外光具有较强的吸收能量,并在吸收185nm波长的紫外光的能量后分解成离子、游离态原子、受激分子和中子,从而发生了所谓光敏作用。因此,通过光敏作用,分解纯水中有机物,可以达到降低纯水中有机物杂质含量的目的。也基于此,可以选择对“水槽、CP、水槽、HF槽、水槽”的清洗步骤进行有机污染物的紫外线照射去除。

简言之,参阅图2,异质结太阳电池的制作过程中,紫外线照射纯水时,如果出现纯水电阻率下降,则说明纯水中存在有机污染物。而这些紫外线照射可以将有机物去除,并且相应地提高电池的少子寿命。因此,紫外线照射纯水不仅可以起到检测纯水中是否存在有机物杂质的作用,还能在的确存在有机物杂质的情况下将这些杂质分解。

基于上述的认识,在本公开的示例中,发明人提出了一种能够被用于提高异质结太阳电池转换效率的方法。并且该方法主要通过减少异质结太阳能电池于制作过程中的有机物污染的方式实施。另外,基于前文的分析,发明人认为去除有机物污染主要可以集中于硅片制绒之后的后清洗操作步骤。

因此,示例中的方案包括于制作异质结太阳电池(异质结太阳电池包括单晶硅层和分别形成于其两侧的非晶硅层)时,在对单晶硅片制绒之后、以及制作非晶硅层之前,实施以下利用紫外线的去有机物操作:使用紫外线(例如波长选择为185nm)照射,用以对制绒后的单晶硅片进行清洗的清洗液和/或清洗槽,以对应使清洗液和/或清洗槽中的有机物污染物通过光化学反应被分解而去除或减少。

其中,根据需要或者根据设备的改造难以程度或基于成本等因素考虑,利用紫外线的去有机物操作既可以在制绒后的单晶硅片进入到清洗槽之前实施,也可以在清洗液进入到清洗槽的之前或过程中实施。本申请并不对此作具体限定。

此外,对于紫外线的照射方式,也可以有多种可选的方案。例如,紫外线可以相对静止地照射于水体或者槽体,或者紫外线也可以相对运动地照射于水体或者槽体。这些示例中,清洗器可以配置位移结构,用于驱动紫外线发生机构进行运动。

在另一些示例中,使用紫外线照射时,紫外线可以是连续照射进行照射的,或者紫外线照射也可以是间断性照射进行的。例如,硅片在SC1清洗操作的步骤中,紫外线可以全程进行照射,或者,紫外线也可以是照射一段时间之后,暂停照射一段时间,然后再继续进行照射。进一步地,在间断照射的方案中,紫外线照射可以是以固定频率间断性照射进行的。

为了实施上述的去有机物操作,在示例中还提出了一种用于实施提高异质结太阳电池转换效率的方法的清洗器,其结构请参阅图3。

该清洗器包括槽体201、进液接头(未绘示)和紫外线发生机构202。槽体201是用于接纳从进液接头输入的清洗液,并允许硅片在其中进行清洗的结构。而紫外线发生机构202则用于将紫外线引入到槽体201中,以便对槽体201的可能接触硅片或附着有机污染物进而污染硅片的内壁以和/或其中的清洗液进行有机污染物去除的设备。

其中,槽体201具有底壁2012和侧壁2011并且二者共同围合、并形成定义有深度方向的槽腔。在清洗作业时,槽腔内容置清洗液,而硅片则保持于槽腔内,可能与底壁2012或侧壁2011接触。槽体201可以为一个开放式的槽结构,或者也可以是具有可封闭的槽结构。因此,在槽体201可以进行封闭的示例中,清洗器具有盖体(未绘示)。盖体能够与槽体201的侧壁2011配合,以封闭槽腔。另外,盖体既可以是通过诸如转轴等与槽体201的侧壁2011转动连接,也可以是通过可拆卸(如卡扣)的方式与槽体201的侧壁2011连接。

硅片在清洗时,可以选择从槽体201的底部引入液体(清洗液),然后液体则可以通过溢流的方式从槽体的顶部的开口流出。如此,通过持续通入清洗液,可以使槽体201中的硅片能够在清洗时连续地接触相对更洁净的清洗液。

其中,进液接头是用于向槽体201的槽腔内注入清洗液的构件。其可以是通过在槽体201的底壁2012开设通孔而实施,或者是在侧壁2011且接近底壁2012处开设通孔。进一步地,部分示例中,进液接头还可以选择以连接(焊接或螺纹连接)在槽体201的诸如金属接头的方式实施。这样的方案中,用于提供清洗液的管道可以连接于金属接头。

除此之外,进液接头的清洗液输送通道的排布和延伸方向可以是沿着与槽体的深度方向纵横交错的方向分布。例如,槽体201的槽腔在竖直方向上分布,而进液接头的输送通道则沿着水平方向输送。如此,清洗液可以沿着与槽体201的底部大致平行方向输送液体,同时,液体逐渐在槽腔内积聚,水位逐渐升高。随着水位升高,清洗液最终从槽体201的开口(或者,一些示例中,可以在侧壁2011或盖体配置溢流接头,并通过该溢流接头将槽腔内的清洗液流出到槽腔之外)溢出,从而保持槽体201内的持续地装满清洗液,且可以持续地得到更新。

紫外线发生机构202则被保持于槽体201,并且被构造为其发射的紫外线朝向槽腔内。紫外线发生机构202既可以是光学系统,用以引导紫外线进入到槽体201内。即紫外线可以是用于对光线的路径进行引导的光路系统,其自身并未产生紫外线。

或者,在另一些示例中,紫外线发生机构202可以是具有光源和光路引导系统的机构。例如,紫外线发生机构202可以包括紫外灯光源和光导纤维结构。或者,紫外线发生机构202可以是具有线性结构的紫外灯。其可以铺设在槽体201的底壁2012的内表面或侧壁2011的内表面。或者,当槽体201采用透明材质的材料制作时,则紫外灯也可以固定于曹槽体201的外臂或者置于槽体201之外。或者紫外线灯也可以悬挂设置于槽体201的槽腔内。或者,紫外线发生机构202还可以选择固定于盖体。

另外,基于对紫外线照射方式的选择,清洗器还可以包括与紫外线发生机构202进行电连接的开关。该开光能够用于根据选择接通或切断紫外线发生机构202与电源的连接,以便在需要时启动紫外线照射或者关闭。图3中,在槽体底部安装一排紫外线灯(6组,每组两个),纯水自槽体得底部进水至槽体中部时,纯水均要经过紫外线灯的照射,从而有效的对纯水中的有机物进行去除。

或者,作为一种可替代的方案,清洗器也可以具有开关和频率发生机构。其中的开关通过频率发生机构与紫外线发生机构202电连接。如此,频率发生机构可以被用于产生具有设定的固定频率的通断信号,从而可以使开关与紫外线发生机构202以固定频率进行电连接的接通或切断。换言之,通过频率发生机构和开关的配合,可以实现使紫外线照射按照设定的固定频率进行间断的照射。例如照射10分钟后,暂停照射2分钟,再继续照射10分钟,依次重复。其中的频率发生机构例如可以是定时器等。

基于此,通过上述设备实施上述去有机物操作即可实现对异质结太阳能电池的性能的优化。在SHJ(硅异质结)规模化生产中,电池转换效率的提升,可以使电池的制作成本降低。例如,按照0.03%的转换效率提升测算:每瓦1.2元,SHJ电池的转换效率按照24%测算,那么每GW产能每年可增加收益=1.2元*1000000000*0.03%/24%=300万元。

以上结合实施例对本申请的实施方案进行详细描述,但是本领域技术人员将会理解,上述示例实施例仅用于说明本申请,而不应视为限制本申请的范围。实施例中未注明具体条件者,按照常规条件或制造商建议的条件进行。所用试剂或仪器未注明生产厂商者,均为可以通过市售购买获得的常规产品。

以下结合实施例对本申请作进一步的详细描述。

实施例1

N型单晶硅片,采用异质结常规制绒工艺流程和配比按照如下方式进行制绒。制绒流程如下:预清洗、水槽、去损、水槽、SC1、水槽、制绒、水槽、SC1、水槽、CP、水槽、HF槽、水槽、烘干。并且,在水槽、CP、水槽、HF槽和水槽的工序中均进行连续的185nm紫外线照射。

然后,对制绒之后的硅片进行以下操作:依次制作非晶硅、TCO、丝网印刷电极,从而获得异质结太阳电池。

对电池性能进行测试。

对比例1

本例按照实施例1的工艺实施,并且其与实施例1的区别在于:本例不进行紫外线照射。

实施例1和对比例1中的电池的测试性能如表1所示。

根据上述表1可以看到,采用紫外线灯工艺后,电池的转换效率也得到了0.03%的有效提升,而效率提升主要来源于Voc的提升(Voc提升了0.8mV)。

实施例2

按照实施例1的方式,采用N型单晶硅片,按照步骤进行制绒。

对硅片依次进行预清洗、水槽、去损、水槽、SC1、水槽、制绒、水槽、SC1、水槽、CP、水槽、HF槽、水槽、烘干。并且,在最后流程水槽、HF槽和水槽的工序中均进行连续的185nm紫外线照射。

然后,对制绒之后的硅片进行以下操作:依次制作非晶硅、TCO、丝网印刷电极,从而获得异质结太阳电池。

对电池性能进行测试。

对比例2

本例按照实施例2的工艺实施,并且其与实施例2的区别在于:本例不进行紫外线照射。

实施例2和对比例2中的电池的测试性能如表2所示。

根据上述表2可以看到,采用紫外线灯工艺后,电池的转换效率也得到了0.02%的有效提升,而效率提升主要来源于Voc的提升(Voc提升了0.5mV)。

以上所述仅为本申请的优选实施例而已,并不用于限制本申请,对于本领域的技术人员来说,本申请可以有各种更改和变化。凡在本申请的精神和原则之内,所作的任何修改、等同替换、改进等,均应包含在本申请的保护范围之内。

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