异【yì】质结【jié】(HJT),被光伏业界誉为【wéi】最【zuì】具产业【yè】化潜力的下一代超高效电【diàn】池【chí】技术。2018年以来,彩虹【hóng】集团、爱【ài】康科技、通【tōng】威太阳能等企业【yè】纷纷宣布投资GW级【jí】异【yì】质结【jié】项【xiàng】目,而国内【nèi】布【bù】局较早的【de】晋能、中智、钧石、汉能等的异质【zhì】结产线已处于量产阶段,异质结的火热【rè】程度可见一斑。

现阶【jiē】段【duàn】,异质结电池的研发【fā】最高效率【lǜ】已达25.6%,量【liàng】产最高【gāo】效率已突破24%。异质结电池的【de】生产工艺主要包括非晶硅层沉积、导电【diàn】膜沉积、表面金属【shǔ】化、低温烧结等过程。其【qí】中,金属化工艺是异质结【jié】电池【chí】制【zhì】备过程【chéng】中最为关键的环节之【zhī】一【yī】,不但要保证与硅界【jiè】面有高的粘【zhān】结强度和低的接触电阻,同时要为电流输出提供高导通路,是决定电池【chí】转化效率和【hé】成本高【gāo】低【dī】的【de】主要【yào】影响因素之一【yī】。

与传统晶硅电池生产工【gōng】艺不同【tóng】,异质【zhì】结【jié】技术【shù】全部制程采用低温工艺,决定了其电极【jí】的制备工艺的不同。在电池【chí】制造【zào】商积极布局【jú】异【yì】质结技术的背景下【xià】,浆料及金【jīn】属化【huà】技术【shù】厂商积极跟进相关的市【shì】场进【jìn】度【dù】,率先开发先进的【de】金属化【huà】技术并抢占市场显得极【jí】为必要。

目前【qián】,可量产的【de】异质结电池金属【shǔ】化技术主【zhǔ】要包括【kuò】丝网印刷低温银浆、SWCT技术、电镀【dù】技术【shù】等。

——丝网印刷技术

异【yì】质结电池金属化工【gōng】艺过程采【cǎi】用低温工艺【yì】,工艺温度一般低于250℃,须使用【yòng】低温导【dǎo】电银浆。异质结电池对低【dī】温【wēn】银浆的【de】核【hé】心要求如下【xià】:

高电性能:对于银浆的体电阻要求一般在5.0*9-21-9-21Ω.cm,需要银浆【jiāng】有良好的接触,很低的【de】串【chuàn】联【lián】电【diàn】阻(Rs)和较高的填【tián】充因子(FF);

良好的印刷性:目前的部分【fèn】异质【zhì】结电池印【yìn】刷的网【wǎng】版开口约在40-45um,后续为了降本和提【tí】升短路电流(Isc),网版的开口【kǒu】必然会下降到40um以下,此时【shí】需要银【yín】浆具备【bèi】很好的【de】长期稳定【dìng】印【yìn】刷性【xìng】。

合格的拉力:目前主要异质结电池制【zhì】造厂【chǎng】家【jiā】的拉力要【yào】求一【yī】般【bān】约是1N。而低温银【yín】浆【jiāng】是【shì】基于工艺温度在【zài】250℃以下,没有银粉烧结过【guò】程,银【yín】粉【fěn】之间、银与基材之间依【yī】靠有机树脂相进行【háng】黏接。不同于传统晶硅【guī】电池浆料采用高温烧结【jié】,银粉之【zhī】间依靠【kào】表面熔融相【xiàng】互连接,玻【bō】璃【lí】相在一定程度【dù】上熔【róng】银并刻蚀硅【guī】板,形成可靠黏【nián】结和欧姆接触。因此1N的拉力要求对于低温【wēn】银浆的是一个挑战【zhàn】。

在低温银浆领【lǐng】域,不得不提日本浆料生产商Kyoto Elex。Kyoto Elex由表面活【huó】性剂【jì】生【shēng】产【chǎn】厂商DKS Co., Ltd和金属粉末生产商DOWA Electronics Materials Co., Ltd合资成立。该公司用于HJT电池的下一代【dài】导【dǎo】电浆【jiāng】料已【yǐ】被【bèi】用于大规模量产。此外【wài】,该公司【sī】还提供:细栅用低电【diàn】阻浆料【liào】、主栅用高焊接拉力浆【jiāng】料、串焊【hàn】以及叠瓦用导电胶(ECA)等,具备【bèi】低【dī】成【chéng】本/快速固化/柔软性【xìng】/高结【jié】合拉力的特点。

目前异质【zhì】结电池生【shēng】产【chǎn】用低温浆料基本依赖进口,如Kyoto Elex、杜邦、汉高、贺利氏等,价格相对较【jiào】高,且【qiě】异质结电池正反两【liǎng】面都有【yǒu】银【yín】电极,增加【jiā】了【le】银【yín】浆【jiāng】的用量,导致【zhì】异质结生产成本【běn】难以降低。

近年来,随着【zhe】国【guó】产浆料的不断发展,低温银浆技【jì】术也取得了【le】一定【dìng】进展【zhǎn】,已有【yǒu】部分浆料厂【chǎng】商开始在客户端【duān】进行测试。

——SWCT技术

另一种新的异质结电池金【jīn】属化技术——SmartWire智能栅网连【lián】接技【jì】术(SWCT)由【yóu】瑞【ruì】士的【de】设备【bèi】制造商梅耶博格(Meyer Burger)开发。该技术采【cǎi】用18根或更多根铜线收【shōu】集电流,消【xiāo】除了【le】主栅并【bìng】且优化【huà】细栅线的宽度【dù】和间距,极大的【de】降低了银耗量和电池片生产【chǎn】成本【běn】。优【yōu】势如下:

铜线替代主栅线的【de】设计【jì】,使银耗量【liàng】大幅度下降,极【jí】大【dà】地降低了太阳电池的制【zhì】造【zào】成本;

载流子传输【shū】的距离【lí】降低【dī】,收集几【jǐ】率提高;且【qiě】每根【gēn】细栅线上传输的电流减【jiǎn】少【shǎo】,显著降低了电极的欧姆损耗;

与传【chuán】统5主栅【shān】技【jì】术【shù】相比,由【yóu】于铜线的截面为圆形,制【zhì】成组件后可以降低约【yuē】30%的遮光损失;

多主栅技术使【shǐ】得载【zǎi】流子传输的【de】通道显【xiǎn】著增多,减少了因隐裂导【dǎo】致的电【diàn】池或【huò】组件失效。

——电镀技术

由于电镀技术无需【xū】高温烧结【jié】,故可用【yòng】于异质结【jié】电【diàn】池金属化。电【diàn】镀技术是一种非接触式电极【jí】制备技术,利用电【diàn】解原理在导电层表【biǎo】面沉积金属。电镀能【néng】沉积致密度高、导电【diàn】率高的【de】多层材料,可利用于铜、镍等贱金属【shǔ】制备电极,降低电池【chí】制造成本。该技【jì】术可【kě】实现宽度更细的栅线和低【dī】接【jiē】触电【diàn】阻【zǔ】,从而创造更高的【de】电池效率。

目前,已有【yǒu】部【bù】分厂【chǎng】商尝试了【le】异质结电镀金属【shǔ】化技术。2015年【nián】11月,日本Kaneka公【gōng】司【sī】宣布采【cǎi】用电镀铜【tóng】电极的6寸双面异质结【jié】晶硅太阳电池【chí】效率达25.1%;能够【gòu】批量量产异质结电【diàn】池的【de】有赛昂公司(已出售给Solarcity)也是【shì】采【cǎi】用基于铜【tóng】电镀技术进行改进的【de】电镀技术。据悉,设备制造商Meco可以为异质结电池金【jīn】属化提供大批量生【shēng】产电镀设备【bèi】。

但是,电【diàn】镀金属【shǔ】化【huà】工艺过程相【xiàng】对较为复杂,且随着国内【nèi】环【huán】保政策的收紧,电镀项【xiàng】目【mù】的环保审批将面临挑战。

可见,以上用【yòng】于【yú】异质结【jié】电池量产的各金属化技术各有优势。丝网印刷【shuā】低温【wēn】银【yín】浆技术较为成熟,但仍需持续降低银浆耗量,并推进【jìn】低温银浆国产【chǎn】化进程,进一步降【jiàng】低成本;SWCT技术可【kě】大幅降低银浆【jiāng】耗量,但初始投【tóu】资相对较高;电镀技术用铜等贱金属制备电【diàn】极,可【kě】以降本【běn】提【tí】效,但【dàn】在环保审批方【fāng】面【miàn】面临挑战。在异质结电池产业【yè】化【huà】势头明【míng】显【xiǎn】的当下【xià】,金【jīn】属化【huà】技术该如何选择,对电池制【zhì】造【zào】商【shāng】、浆料生【shēng】产商及金属化技术设备制造商都至关重【chóng】要。