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 |
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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:
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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 |
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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) |
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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 |
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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)