异质结(HJT),被【bèi】光伏业界誉为最具产业化潜【qián】力的下一代超高【gāo】效电池技术。2018年以【yǐ】来【lái】,彩虹集【jí】团、爱康科技、通威太阳【yáng】能等企【qǐ】业纷纷宣布投资GW级异【yì】质结项目【mù】,而国内布局较早的晋能【néng】、中智、钧【jun1】石、汉能【néng】等的异【yì】质结产线已处于【yú】量产阶段,异质结【jié】的火【huǒ】热程【chéng】度可【kě】见一斑。

现阶段,异质结电池的研发【fā】最高效率已达25.6%,量产最高效率已突【tū】破24%。异质结电池的生产工艺主要【yào】包括【kuò】非晶硅层沉积【jī】、导电膜【mó】沉积、表面金属化、低温烧结等【děng】过【guò】程。其【qí】中,金属化工艺是【shì】异【yì】质结【jié】电池制备过程【chéng】中【zhōng】最为关【guān】键的环节之一,不但要保证与硅界面【miàn】有高的粘结强【qiáng】度【dù】和低的接触电阻【zǔ】,同时要【yào】为电【diàn】流输出提供【gòng】高导通路【lù】,是决定【dìng】电池转化【huà】效率和成本高低的主【zhǔ】要影响因素之一。

与传统晶硅电池生产工艺不同【tóng】,异【yì】质结【jié】技术全【quán】部制程采【cǎi】用低【dī】温工艺,决定【dìng】了其电极【jí】的制备工艺【yì】的不【bú】同【tóng】。在电池制造商积极布局异质结技【jì】术的背景下,浆料【liào】及金属化技术厂商积极【jí】跟【gēn】进相关【guān】的市【shì】场进度,率先【xiān】开发先进的【de】金属化技术并抢占市场显【xiǎn】得极为必要。

目前,可【kě】量【liàng】产的异质结电【diàn】池金属化【huà】技术主要包括丝网【wǎng】印【yìn】刷低温银浆、SWCT技术、电镀【dù】技术等【děng】。

——丝网印刷技术

异质【zhì】结【jié】电【diàn】池金属化工【gōng】艺过程采用低温【wēn】工艺,工艺温度一般低于250℃,须使用低温【wēn】导电银浆。异质结电池对低温银【yín】浆的核心要【yào】求如下:

高电性【xìng】能:对于银【yín】浆的体【tǐ】电阻要【yào】求【qiú】一般在5.0*9-21-9-21Ω.cm,需要银浆有良好【hǎo】的接触【chù】,很低的串联电阻(Rs)和较高的填充【chōng】因子【zǐ】(FF);

良好的印刷性:目前的部分异质结【jié】电池印【yìn】刷【shuā】的网版【bǎn】开口约在40-45um,后续为了【le】降本和【hé】提升短路电流(Isc),网版的【de】开【kāi】口必然会下降【jiàng】到【dào】40um以【yǐ】下,此【cǐ】时需要银浆具备很好的长期稳定印刷性。

合【hé】格的拉力:目前主要异质结电池制造厂家的拉【lā】力要求一般约是1N。而【ér】低温银浆是【shì】基于【yú】工艺温度在250℃以下,没有银粉烧【shāo】结过程,银粉之间【jiān】、银与基材之【zhī】间依【yī】靠有机【jī】树脂相进行黏【nián】接。不同于传统【tǒng】晶硅电池浆料采用【yòng】高温烧结,银粉之间【jiān】依靠表【biǎo】面熔融相互连接,玻【bō】璃相在一定程度上【shàng】熔【róng】银并【bìng】刻【kè】蚀硅板,形成可靠黏结和欧姆接触。因此【cǐ】1N的【de】拉力要求对于【yú】低温银【yín】浆的是【shì】一【yī】个挑战【zhàn】。

在低【dī】温银【yín】浆领域,不得不【bú】提日本【běn】浆料生【shēng】产商Kyoto Elex。Kyoto Elex由表面活性【xìng】剂生产厂商DKS Co., Ltd和金属粉【fěn】末生产【chǎn】商DOWA Electronics Materials Co., Ltd合资成立。该公司用于HJT电池的下【xià】一代导电浆料【liào】已被用于大规模量产。此外,该公司还【hái】提供:细栅用【yòng】低电阻【zǔ】浆【jiāng】料、主【zhǔ】栅【shān】用高焊接拉力浆料、串焊以及【jí】叠瓦用【yòng】导电【diàn】胶(ECA)等,具备低成本/快速【sù】固【gù】化/柔软性【xìng】/高【gāo】结合拉力的特点。

目前【qián】异质【zhì】结电池生【shēng】产用低【dī】温【wēn】浆料基本依赖进口,如Kyoto Elex、杜邦、汉高、贺【hè】利氏等,价格相对较高【gāo】,且异质结电池正反两面都有【yǒu】银【yín】电极,增加了【le】银【yín】浆的用量,导致异质结生【shēng】产成【chéng】本难以降低【dī】。

近年来【lái】,随着国产浆料【liào】的不【bú】断发展,低温银浆技【jì】术也取【qǔ】得了一【yī】定进展【zhǎn】,已有部【bù】分浆料厂商开始在客户端进行【háng】测试。

——SWCT技术

另一种新的异【yì】质【zhì】结电池金属化技术——SmartWire智能【néng】栅网连【lián】接【jiē】技术(SWCT)由【yóu】瑞士【shì】的设备制【zhì】造【zào】商【shāng】梅耶博格(Meyer Burger)开发。该技术采【cǎi】用18根或【huò】更多根铜线收集电流,消除了【le】主【zhǔ】栅并且优化细栅线的宽度和间距,极大【dà】的降低了银【yín】耗量和电池片生产成【chéng】本。优势如下:

铜【tóng】线【xiàn】替代主栅线的设计,使【shǐ】银【yín】耗量【liàng】大幅度【dù】下降【jiàng】,极大地降低了太阳电池的制造成本;

载流子【zǐ】传输的【de】距【jù】离降低,收集几率提高;且【qiě】每根细栅【shān】线上传输的电【diàn】流减少,显著降低了【le】电极的欧姆损【sǔn】耗;

与传统5主栅技术【shù】相比,由于铜线【xiàn】的截面为圆【yuán】形,制【zhì】成组【zǔ】件后可以降低约30%的遮光损【sǔn】失;

多主栅技术【shù】使得载【zǎi】流子传输的通道显著增多,减少了因隐裂导致的电池【chí】或组件失【shī】效【xiào】。

——电镀技术

由【yóu】于电镀技术无需【xū】高温【wēn】烧结,故【gù】可用于异质结【jié】电池金属化。电镀技【jì】术是【shì】一种【zhǒng】非【fēi】接触式电极制【zhì】备技术【shù】,利用电解原理在导电层表面沉积【jī】金属。电镀能沉积致密度高、导电率高的多层材料【liào】,可利用于铜、镍等贱金属制备电【diàn】极,降低电【diàn】池制造成本。该技术可实【shí】现宽度更细的栅线【xiàn】和【hé】低接【jiē】触电阻,从而【ér】创造更高【gāo】的电池【chí】效率。

目前,已有部分厂商【shāng】尝试了异质结电【diàn】镀金【jīn】属【shǔ】化技术。2015年【nián】11月,日本Kaneka公司宣布采【cǎi】用电镀铜电极【jí】的6寸双面异【yì】质结晶硅太阳【yáng】电【diàn】池效【xiào】率达25.1%;能够批量量产【chǎn】异质【zhì】结电【diàn】池的有赛昂【áng】公司(已出【chū】售给Solarcity)也是采用基于铜电镀技术进行改进【jìn】的电【diàn】镀技术。据悉,设备【bèi】制造【zào】商Meco可【kě】以为异质结【jié】电池金属化提【tí】供大批量【liàng】生产电镀设备。

但是,电镀金【jīn】属化工艺过程相对较为复杂,且随【suí】着国【guó】内环保政策【cè】的收紧,电镀项【xiàng】目的环保【bǎo】审批将【jiāng】面临【lín】挑【tiāo】战。

可见【jiàn】,以上用【yòng】于异【yì】质结【jié】电【diàn】池量产【chǎn】的各金【jīn】属化【huà】技术【shù】各有优势。丝网印刷低温【wēn】银浆技术较为成熟,但仍需持续降【jiàng】低银浆耗量【liàng】,并推进低【dī】温银浆国【guó】产【chǎn】化进程,进一步降【jiàng】低成本;SWCT技术可【kě】大幅降低银浆耗量,但初始投【tóu】资相【xiàng】对较高;电镀技术【shù】用铜等贱金属制备电极,可以降本提效【xiào】,但在环【huán】保审批方面面临挑战。在异质结【jié】电池产业化势头明显的当【dāng】下,金【jīn】属化技【jì】术该如【rú】何选择,对电【diàn】池制造商、浆料生产商及金属化【huà】技术设备制造商都至【zhì】关重要【yào】。