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新一代太阳能银浆
强势助力电池效率提升
[作者 王雷]   2017年03月01日 星期三 浏览人次: [11718]


在历经若干轮的行业高峰和低谷之后,整个晶矽太阳能产业链面临的挑战依然没有改变,即为进一步提高转化效率(输出功率),降低度电成本​​。在进一步「提效降本」的压力之下,正面金属化导电银浆作为一个重要因素,受到行业的普遍重视。


作为银浆行业的一员「老兵」,贺利氏多年来秉承「一贯领先对手一年」的研发速度,在银浆领域精耕细作,最近有了进一步的突破:在我们构建的拥有专利权的SOL9641产品平台上,2016年下半年成功推出SOL9641A 和SOL9641B单次印刷产品家族,可适用于多晶、单晶、黑矽及PERC电池,而且基于这一产品平台,我们也将推出双次印刷(Double- Printing)和无网结网板浆料。在本文中,我们将展示SOL9641在提效降本上的卓越性能。


「提效降本」之解决方案

在2016年十月发布的ITRPV roadmap中 (如图一) [参考文献1], 我们可以看到,银浆依然是晶矽太阳能电池金属化材料的主流。在2016年底统计,在大工业生产中每片156X156 mm电池片上平均消耗95毫克的银浆,约占成本的10%,预期在2026年达到40毫克每片,是现今的一半以下。



图一 : ITRPV对单片电池片银浆耗量的历史统计和预测
图一 : ITRPV对单片电池片银浆耗量的历史统计和预测

因此贺利氏认同ITRPV的预测并相信,在下一个十年中,我们在金属化银浆研发方面仍将有巨大潜力和突破空间。然而,在降低银浆消耗的同时提高效率,也对银浆的性能带来一些新的挑战,需要有浆料行业有新的解决方案。下表一是贺利氏应对提效降本方案的一个简要小结:











































 

要求

正面结果

银浆面临的挑战

贺利氏解决方案

丝网印刷

降低单片电池浆料耗量

降低成本

耗量降低,依然要提高效率

SOL9641改善有机载体,进而改善浆料流变性

改进高宽比 (细而高)

减少遮光,提高效率 (Isc, FF)

细线导致接触面积减少

SOL9641栅线更细更佳高宽比更平滑表面和更低电阻

适合高速大批量生产

提高产量

浆料需要非常不同的流变学特性

浆料更软,更好的网板通过性

降低印刷瑕疵

提高生产良品率

细而不断,均匀饱满

改善流变性

矽片 

降低表面掺杂浓度, 提高方块电阻 

提高Voc, Isc

需要更好好的欧姆接触


依然保证良好的passivation

改善玻璃及银粉系统,提升接触性能


平衡接触和SiNx烧穿性能



表一、贺利氏的提效降本方案


趋近完美的超细线(Ultra-fine-line)印刷性能

作为丝网印刷的重要组成部分,改进丝网网板设计和印刷模式是第一步,例如网板的开口尺寸、网纱设计、乳剂种类和厚度选择,双次印刷、Stencil、无网结网板等等。在我们2015年一篇综述文章中[参考文献2],我们预计在将来一两年,网板设计开口会从两年前的45μm,缩小至现在的30μm,并有望在近两年内降低至25μm以下。这些源于电池生产厂、网板供应商和设备供应商的改进,都给浆料性能提出更进一步挑战和机遇。


针对市场及客户需求,贺利氏研发和工艺制程团队通过创新的有机载体配方设计,使得SOL9641新世代正面银浆在其流变学特性方面有了长足进步。通过配合丝网印刷的网板设计优化,栅线形貌更加坚挺、栅线表面平滑、栅线边缘整齐无毛边,大大减少了丝网印刷固有的Mesh Mark,即沟壑效应 (如图二)。



图二 : 上一世代浆料与SOL9641栅线形貌对比
图二 : 上一世代浆料与SOL9641栅线形貌对比

由于对各种类型网板的广谱匹配性,SOL9641在超细线印刷的直接效果就是,降低了每片电池上的浆料重量。根据大量客户回馈,与上一代产品相比较,平均降低约10%的单片浆料消耗。其一、SOL9641更佳高宽比,使得浆料在更细开口的网板上,依然保持优异的栅线电阻;其二、SOL9641优异的流变学特性,使得浆料在大生产高速印刷中,大大减少印刷瑕疵,提高了电池片生产的良品率;其三、SOL9641还具有经过大量生产验证的长期印刷稳定性,减少生产线维护成本。


近期我们还基于SOL9641平台,与客户和网板厂商通力合作,推出了SOL9642系列双次印刷和SOL9641+无网结网板高效率组合,得到了令人惊异的更高转换效率提升。


为LDE度身打造的优异欧姆接触性能

众所周知,通过降低N-型矽半导体材料中磷原子的参杂浓度(LDE),可以有效提高半导体表面少子复合速率(Recombination Velocity),从而获得更高的短路电流及开路电压,提升电池的效率。然而,由于正面金属化的欧姆接触非常依赖于磷原子的参杂浓度,「没有可以提供更好接触的银浆可用」是电池生产厂在优化LDE制程中的瓶颈。


贺利氏一直倾听客户的声音,研发团队更是和客户紧密合作。在浆料化学特性,特别是一些关键成分(例如玻璃体和银粉)上,我们依托自身的研发实力,还有在专利布局上优势,把SOL9641成功打造成为一个适应LDE的产品平台。


在全新的SOL9641平台上,浆料可以达到:一、适合LDE的更低优异欧姆接触,从而降低串联电阻,提升电池效率 (如图三)。二、更为宽广的烧结工艺视窗 (适应PERC、PERL、IBC等新型电池结构的需求)。三、为超细线印刷准备更为平稳的欧姆接触性能 (如图四)。



图三 : 不同方块电阻的矽片上的串联电阻变化趋势
图三 : 不同方块电阻的矽片上的串联电阻变化趋势

图四 : 不同网板开口印刷所得栅线的接触电阻变化趋势 (on 100 ohm/sq wafer)
图四 : 不同网板开口印刷所得栅线的接触电阻变化趋势 (on 100 ohm/sq wafer)

效率提升的客户回馈

SOL9641平台上,已经在PV Taiwan 2016推出SOL9641A系列,贺利氏也即将在2017年第一季度跟进推出用于单次印刷和无网结网板的SOL9641B及其二次印刷浆SOL9642B。与此同时,,我们也高兴地得到了大量客户的正面回馈,两款新新产品也在若干电池大厂实现大规模量产。我们根据客户回馈(如图五),对SOL9641新世代浆料的效率提升做了小结。我们可以看到:一、在单晶和单晶PERC LDE矽片上,SOL9641可以带来+0.1~0.2%平均效率提升。二、在多晶PERC上,也可以看到0.05 ~ 0.1%电池效率提升。三、通过扩散制程优化,甚至可以看到+0.3%的电池效率提升。四、这些提升来自于 Isc, FF 和Voc,并成功转化为模组功率输出的提升。



图五 : 在不同方阻及电池结构上,SOL9641带来明显效率提升
图五 : 在不同方阻及电池结构上,SOL9641带来明显效率提升

结语

回顾我们在文章开头提到的对正银浆料的的要求:更细线、更好欧姆接触、更佳栅线电阻及更好的印刷性。 SOL9641B能够给晶矽电池带来+0.1 ~ 0.3% 的绝对效率增长,此得益于:更细线,可以用于30um或更细网板开口,降低银浆耗量,并获得更佳栅线形貌和栅线电阻。更好欧姆接触,可以获得在100 ?/□矽片,尤其是单晶上获得良好欧姆接触,得到更填充因数。更好的印刷性,适合持续高速生产,获得产能和效率上的双赢。


参考文献

[1] 2016 7th Edition of ITRPV Roadmap


[2] A. Stassen, W. Zhang, “New Ag metallization pastes for solar energy cost reduction“ (need to get the source of this paper)


@刊头图片来源(Source:Liberated Tech)


(本文作者为贺利氏全球产品经理)


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