异质结(HJT),被【bèi】光伏业界誉为最具产业化【huà】潜力的下一代超高效电池技术。2018年以来,彩虹【hóng】集团、爱康科【kē】技【jì】、通【tōng】威太阳能等企业纷纷宣布投资【zī】GW级异质结项目,而国【guó】内布局较【jiào】早的【de】晋能【néng】、中智、钧石、汉【hàn】能等的【de】异质【zhì】结产线已【yǐ】处于量产阶段,异质结【jié】的火【huǒ】热程度可【kě】见【jiàn】一斑。

现阶段,异质结电池的研发最高效【xiào】率【lǜ】已达25.6%,量产最高【gāo】效率已突【tū】破【pò】24%。异【yì】质结电池的【de】生产工艺主要包括非晶【jīng】硅【guī】层沉【chén】积、导【dǎo】电膜沉积、表【biǎo】面金属化、低温烧结等过程。其中【zhōng】,金属化工艺是异质结电池【chí】制备过程中最为关键的【de】环节之一,不但【dàn】要保证与硅界【jiè】面有高的粘结强度和低的【de】接触电阻,同时要为电流输出提【tí】供高导通路【lù】,是决定电池转【zhuǎn】化效【xiào】率和成【chéng】本高低的主要【yào】影响因素之一。

与传【chuán】统【tǒng】晶硅电池生【shēng】产工艺不同,异质结【jié】技术全部制程采用低温工艺,决定了其电极的制【zhì】备工艺【yì】的不【bú】同【tóng】。在电【diàn】池制造商积【jī】极【jí】布局异质结技术【shù】的背景【jǐng】下,浆料【liào】及金属【shǔ】化技术厂商积极跟进【jìn】相关的市场进度【dù】,率先开发先进的金属化【huà】技术并抢占市场【chǎng】显得极为必【bì】要。

目前【qián】,可量产的异质结电池金属化【huà】技术主要包括丝网印【yìn】刷低【dī】温银浆、SWCT技术、电镀技【jì】术等【děng】。

——丝网印刷技术

异质结电【diàn】池金属化工艺过【guò】程采用低温【wēn】工艺,工艺温度一般低于【yú】250℃,须使用低温导电【diàn】银浆。异【yì】质结电池对低温【wēn】银浆的核心要求【qiú】如下:

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

良好【hǎo】的印刷【shuā】性:目前的部分【fèn】异质结电池印刷【shuā】的【de】网版【bǎn】开口约在40-45um,后续【xù】为了降本【běn】和提【tí】升短路电流(Isc),网【wǎng】版的开口必然会下降到40um以下,此时【shí】需【xū】要银浆具备很好的长【zhǎng】期稳【wěn】定印刷性。

合格的拉【lā】力:目【mù】前主【zhǔ】要异质结电池制造【zào】厂家的拉力要【yào】求一般【bān】约是1N。而低【dī】温银浆是基于【yú】工艺温度在250℃以下【xià】,没有银粉烧结过程,银粉之间、银【yín】与基材之间依靠有机树【shù】脂相进行【háng】黏接。不同于传统晶硅电池浆料采用【yòng】高温【wēn】烧结【jié】,银【yín】粉之【zhī】间依靠【kào】表面熔融相【xiàng】互连接,玻璃相【xiàng】在【zài】一定【dìng】程度上熔银并刻蚀硅板,形成可靠黏结和欧姆接【jiē】触。因此1N的【de】拉力要【yào】求【qiú】对于低温银浆的是一个【gè】挑战。

在低温银【yín】浆领域【yù】,不得不提日本浆料生【shēng】产商Kyoto Elex。Kyoto Elex由表面活性剂生【shēng】产【chǎn】厂商DKS Co., Ltd和金属【shǔ】粉末生产【chǎn】商DOWA Electronics Materials Co., Ltd合资成立【lì】。该【gāi】公司用于HJT电池的下一代导电【diàn】浆【jiāng】料已被【bèi】用于大规模【mó】量产。此外,该公司还【hái】提【tí】供【gòng】:细栅用低电阻浆料、主栅用高焊接【jiē】拉力浆【jiāng】料、串焊以【yǐ】及叠瓦用【yòng】导电胶(ECA)等,具备【bèi】低成本/快速【sù】固化【huà】/柔软性/高结合拉力的特【tè】点。

目前异质【zhì】结电池生产用低【dī】温浆料【liào】基本依赖进【jìn】口【kǒu】,如Kyoto Elex、杜【dù】邦、汉【hàn】高、贺利氏等,价格相对【duì】较高,且异质结电池正反两面都【dōu】有银电极,增加【jiā】了银浆的【de】用量,导致异质结生产成本难以降低。

近年【nián】来,随着国产浆【jiāng】料的不断发展,低温【wēn】银【yín】浆技【jì】术也取得了一定进展,已有部【bù】分浆料厂商开始在客户端进行测【cè】试【shì】。

——SWCT技术

另一种【zhǒng】新的【de】异质【zhì】结电池金属化【huà】技术【shù】——SmartWire智能栅网连【lián】接技术(SWCT)由瑞士的设备制造商梅耶博格(Meyer Burger)开发【fā】。该技术采用18根或更多根铜线收集【jí】电【diàn】流,消除【chú】了主栅并且优化细栅线的宽【kuān】度和【hé】间距,极大【dà】的降低了银【yín】耗量和电【diàn】池片【piàn】生产【chǎn】成【chéng】本。优势【shì】如下:

铜线替代主栅线的【de】设计,使银耗量【liàng】大幅度下【xià】降,极大地降低了太【tài】阳电池的制造【zào】成【chéng】本;

载流子传【chuán】输【shū】的距【jù】离降【jiàng】低,收集几率提高;且【qiě】每根细栅线上传输的电流减少,显著降低【dī】了【le】电【diàn】极的欧姆损耗;

与【yǔ】传统5主栅技术相比,由于铜【tóng】线的【de】截面为圆形【xíng】,制成【chéng】组【zǔ】件后可以降低约30%的遮【zhē】光【guāng】损失;

多主栅【shān】技【jì】术使得载流子传【chuán】输的通道显著增多【duō】,减少了因隐裂导致的电【diàn】池或组件失效。

——电镀技术

由【yóu】于电镀技术无需高温烧结,故可用于异质结电【diàn】池【chí】金属化【huà】。电镀技术【shù】是一种【zhǒng】非接触式【shì】电极制【zhì】备技术,利用电解原理在导【dǎo】电【diàn】层表面沉积金属。电镀能沉【chén】积致密度高、导电率【lǜ】高【gāo】的【de】多【duō】层材料,可利用于铜、镍等贱【jiàn】金属【shǔ】制备【bèi】电极,降低电池制造【zào】成本。该技术【shù】可实现【xiàn】宽度【dù】更细的栅线和低接触电阻,从【cóng】而创造更高的电池效率。

目前,已有部分厂商尝试了异质结电镀金属化技术【shù】。2015年11月,日本【běn】Kaneka公司宣布采用电镀铜【tóng】电极的6寸【cùn】双面异质结晶【jīng】硅太【tài】阳电【diàn】池效【xiào】率达【dá】25.1%;能够批【pī】量量产异质【zhì】结【jié】电【diàn】池的有赛昂公司(已出售【shòu】给Solarcity)也是采用【yòng】基【jī】于铜【tóng】电镀技【jì】术进行改进的电镀技术。据【jù】悉,设【shè】备【bèi】制【zhì】造商Meco可以为异质结电池金属化【huà】提供大批量生产【chǎn】电镀设备【bèi】。

但是,电【diàn】镀金属化【huà】工艺过【guò】程相对较【jiào】为复【fù】杂【zá】,且随着国内环保政策的收【shōu】紧,电镀【dù】项目【mù】的环保审批将面临挑战。

可见,以【yǐ】上【shàng】用于异质结电池【chí】量【liàng】产的各金属化技术【shù】各有优【yōu】势【shì】。丝网印【yìn】刷低温银浆技术【shù】较为成熟,但仍需持续降【jiàng】低银【yín】浆耗【hào】量,并推进低温【wēn】银浆【jiāng】国产化进程,进【jìn】一步降【jiàng】低【dī】成本;SWCT技术可大幅降低银浆耗量,但初始【shǐ】投资相对较高;电镀技术用【yòng】铜等贱金属制备电【diàn】极,可以降本提效【xiào】,但【dàn】在环保审批方面面临挑战【zhàn】。在异【yì】质结电池产业化势头明显的【de】当下,金属【shǔ】化技术该如何选择,对电池【chí】制【zhì】造商、浆料生产商【shāng】及金【jīn】属化【huà】技术设备制造【zào】商都至关【guān】重要。