现阶段,异质结电池的研发最高效率已达25.6%,量产最高效率已突破24%。异质结电池的生产工艺主要包括非晶硅层沉积、导电膜沉积、表面金属化、低温烧结等过程。其中,金属化工艺是异质结电池制备过程中最为关键的环节之一,不但要保证与硅界面有高的粘结强度和低的接触电阻,同时要为电流输出提供高导通路,是决定电池转化效率和成本高低的主要影响因素之一。
与传统晶硅电池生产工艺不同,异质结技术全部制程采用低温工艺,决定了其电极的制备工艺的不同。在电池制造商积极布局异质结技术的背景下,浆料及金属化技术厂商积极跟进相关的市场进度,率先开发先进的金属化技术并抢占市场显得极为必要。
目前,可量产的异质结电池金属化技术主要包括丝网印刷低温银浆、SWCT技术、电镀技术等。
——丝网印刷技术
异质结电池金属化工艺过程采用低温工艺,工艺温度一般低于250℃,须使用低温导电银浆。异质结电池对低温银浆的核心要求如下:
高电性能:对于银浆的体电阻要求一般在5.0*10-6-10-5Ω.cm,需要银浆有良好的接触,很低的串联电阻(Rs)和较高的填充因子(FF);
良好的印刷性:目前的部分异质结电池印刷的网版开口约在40-45um,后续为了降本和提升短路电流(Isc),网版的开口必然会下降到40um以下,此时需要银浆具备很好的长期稳定印刷性。
合格的拉力:目前主要异质结电池制造厂家的拉力要求一般约是1N。而低温银浆是基于工艺温度在250℃以下,没有银粉烧结过程,银粉之间、银与基材之间依靠有机树脂相进行黏接。不同于传统晶硅电池浆料采用高温烧结,银粉之间依靠表面熔融相互连接,玻璃相在一定程度上熔银并刻蚀硅板,形成可靠黏结和欧姆接触。因此1N的拉力要求对于低温银浆的是一个挑战。
在低温银浆领域,不得不提日本浆料生产商Kyoto Elex。Kyoto Elex由表面活性剂生产厂商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电池的下一代导电浆料已被用于大规模量产。此外,该公司还提供:细栅用低电阻浆料、主栅用高焊接拉力浆料、串焊以及叠瓦用导电胶(ECA)等,具备低成本/快速固化/柔软性/高结合拉力的特点。
目前异质结电池生产用低温浆料基本依赖进口,如Kyoto Elex、杜邦、汉高、贺利氏等,价格相对较高,且异质结电池正反两面都有银电极,增加了银浆的用量,导致异质结生产成本难以降低。
近年来,随着国产浆料的不断发展,低温银浆技术也取得了一定进展,已有部分浆料厂商开始在客户端进行测试。
——SWCT技术
另一种新的异质结电池金属化技术——SmartWire智能栅网连接技术(SWCT)由瑞士的设备制造商梅耶博格(Meyer Burger)开发。该技术采用18根或更多根铜线收集电流,消除了主栅并且优化细栅线的宽度和间距,极大的降低了银耗量和电池片生产成本。优势如下:
铜线替代主栅线的设计,使银耗量大幅度下降,极大地降低了太阳电池的制造成本;
载流子传输的距离降低,收集几率提高;且每根细栅线上传输的电流减少,显著降低了电极的欧姆损耗;
与传统5主栅技术相比,由于铜线的截面为圆形,制成组件后可以降低约30%的遮光损失;
多主栅技术使得载流子传输的通道显著增多,减少了因隐裂导致的电池或组件失效。
——电镀技术
由于电镀技术无需高温烧结,故可用于异质结电池金属化。电镀技术是一种非接触式电极制备技术,利用电解原理在导电层表面沉积金属。电镀能沉积致密度高、导电率高的多层材料,可利用于铜、镍等贱金属制备电极,降低电池制造成本。该技术可实现宽度更细的栅线和低接触电阻,从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。2015年11月,日本Kaneka公司宣布采用电镀铜电极的6寸双面异质结晶硅太阳电池效率达25.1%;能够批量量产异质结电池的有赛昂公司(已出售给Solarcity)也是采用基于铜电镀技术进行改进的电镀技术。据悉,设备制造商Meco可以为异质结电池金属化提供大批量生产电镀设备。
但是,电镀金属化工艺过程相对较为复杂,且随着国内环保政策的收紧,电镀项目的环保审批将面临挑战。
可见,以上用于异质结电池量产的各金属化技术各有优势。丝网印刷低温银浆技术较为成熟,但仍需持续降低银浆耗量,并推进低温银浆国产化进程,进一步降低成本;SWCT技术可大幅降低银浆耗量,但初始投资相对较高;电镀技术用铜等贱金属制备电极,可以降本提效,但在环保审批方面面临挑战。在异质结电池产业化势头明显的当下,金属化技术该如何选择,对电池制造商、浆料生产商及金属化技术设备制造商都至关重要。