規(guī)劃26GW 愈發(fā)火熱的HIT電池如何選擇金屬化技術(shù)？

:國內(nèi)外異質(zhì)結(jié)技術(shù)及產(chǎn)業(yè)化最新進(jìn)展

據(jù)統(tǒng)計(jì)，國外異質(zhì)結(jié)項(xiàng)目規(guī)劃產(chǎn)能約為3.66GW，已建約1.86GW。日本松下是市場的主要參與者，目前在日本及馬來西亞具備1GW的異質(zhì)結(jié)產(chǎn)能，并與特斯拉旗下SolarCity合作在美國共建1GW異質(zhì)結(jié)產(chǎn)能。Sunpreme(上澎) 2018年宣布，將在2019年在美國德克薩斯州建設(shè)400MW異質(zhì)結(jié)電池和組件工廠。此外，歐洲企業(yè)如挪威REC、俄羅斯Hevel、意大利3Sun、匈牙利Ecosolifer等在異質(zhì)結(jié)方面也頻頻布局，多為百M(fèi)W級。REC近期宣布，將結(jié)合梅耶博格的異質(zhì)結(jié)技術(shù)及智能網(wǎng)柵(SWCT™) 電池片連接技術(shù)，重磅打造異質(zhì)結(jié)產(chǎn)品。

（來源：微信公眾號“光伏測試網(wǎng)”ID：TestPV）

國外異質(zhì)結(jié)產(chǎn)業(yè)化最新進(jìn)展

2016年至今，中國異質(zhì)結(jié)項(xiàng)目總規(guī)劃產(chǎn)能約達(dá)22GW，擬投資總額高達(dá)520億元，實(shí)際已建產(chǎn)能約為1GW。目前已經(jīng)量產(chǎn)或計(jì)劃量產(chǎn)HJT電池的企業(yè)約十余家，其中已建成產(chǎn)線的企業(yè)主要包括晉能、中智、漢能及鈞石，規(guī)模多在百M(fèi)W級。

國內(nèi)異質(zhì)結(jié)產(chǎn)業(yè)化最新進(jìn)展

HIT技術(shù)介紹及前景

1 HIT技術(shù)背景介紹

異質(zhì)結(jié)電池

異質(zhì)結(jié)HIT(Hereto-junctionwith Intrinsic Thin-layer)電池（同時(shí)也簡稱HJT，SHJ，SJT等），通常以n型晶體硅作襯底，寬帶隙的非晶硅作發(fā)射極，典型結(jié)構(gòu)如圖1-1所示。該電池具有雙面對稱結(jié)構(gòu)，n型硅襯底兩側(cè)兩層薄本征非晶硅層，正面一層P型非晶硅發(fā)射極層，背面一層n型非晶硅膜背表面場；在兩側(cè)非晶硅薄層上用濺射法沉積透明導(dǎo)電氧化物薄膜，最后制備金屬柵極。

圖1-1 HIT電池結(jié)構(gòu)

HIT太陽能電池的優(yōu)勢：

1）低溫工藝：

由于使用a-Si構(gòu)成PN結(jié)，所以能在200℃以下的低溫完成整個(gè)工序，遠(yuǎn)低于傳統(tǒng)晶硅太陽電池的形成溫度(~900℃)。低溫制造工藝可以有效減少熱應(yīng)力對膜產(chǎn)生的變形影響，加上兩側(cè)對稱的非晶硅薄膜構(gòu)造，電池基底的熱損傷大大降低，有利于實(shí)現(xiàn)晶片的輕薄化和高效化。

2）高穩(wěn)定性：

HIT太陽電池Voc越高輸出特性的溫度依存性越小。對Voc超過700 mV的HIT電池，其溫度系數(shù)-0.25%/℃，而傳統(tǒng)的擴(kuò)散PN結(jié)太陽電池溫度系數(shù)為0.45%/℃，降低溫度系數(shù)意味著即使在光照升溫情況下仍有好的輸出。

3）高效率：

HIT電池獨(dú)特的非摻雜(本征)氫化非晶硅薄層異質(zhì)結(jié)結(jié)構(gòu)，改善了對硅片表面的鈍化效果，大降低了表面復(fù)合損失，提高了電池效率。據(jù)報(bào)道，Panasonic研發(fā)出的HIT電池實(shí)驗(yàn)室效率已達(dá)到25.6%，是目前世界上轉(zhuǎn)換效率最高的商業(yè)化晶硅電池。

3 HIT電池的制造工藝流程介紹

HIT電池制造工藝流程以簡潔著稱，如圖1-4所示，其中a-Si:H薄膜的沉積是工藝技術(shù)的核心，要求氫化非晶硅膜層的缺陷態(tài)密度低、折射率高且光吸收系數(shù)低。目前，國內(nèi)外文獻(xiàn)多采用等離子體增強(qiáng)化學(xué)氣相沉積法(PECVD)制備非晶硅薄膜，其他 方法如熱絲化學(xué)氣相沉積技術(shù)(HWCVD)、常壓化學(xué)氣相沉積技術(shù)(APCVD)和 離子束輔助沉積技術(shù)制備a-Si:H也有研究。目前，HIT電池的電極目前主要采用絲網(wǎng)印刷低溫Ag導(dǎo)電漿實(shí)現(xiàn)的，降低電極的絲網(wǎng)印刷電阻和細(xì)化金屬線是實(shí)現(xiàn)太陽能電池低成本、高效率的關(guān)鍵。、

圖1-4 HIT電池工藝流程

HIT電池技術(shù)金屬化（銀漿）發(fā)展研究

1 HIT電池金屬化的核心要求

HIT電池因?yàn)槠涮厥獾木Ч?非晶硅界面態(tài)鈍化結(jié)構(gòu)，對設(shè)備、工藝、環(huán)境、操作水平等要求較常規(guī)的晶硅電池制造要高得多，金屬化（主要討論銀漿的情況）要求也必然非常高，總結(jié)起來主要是三個(gè)方面：

高電性能

對于銀漿的體電阻要求一般在5.0*10^-6——10^-5Ω.cm，需要銀漿有良好的接觸，很低的Rs和較高的FF；

良好的印刷性

目前的部分HIT電池印刷的網(wǎng)版開口約在40-45um，后續(xù)為了將本和提升Isc，網(wǎng)版的開口必然會下降到40um以下，此時(shí)需要銀漿具備很好的長期穩(wěn)定印刷性；

合格的拉力

目前主要HIT電池制造廠家的拉力要求一般約是1N。而低溫銀漿是基于工藝溫度在250℃以下，沒有銀粉燒結(jié)過程，銀粉之間、銀與基材之間依靠有機(jī)樹脂相進(jìn)行黏接。不同于傳統(tǒng)晶硅電池漿料采用高溫?zé)Y(jié)，銀粉之間依靠表面熔融相互連接，玻璃相在一定程度上熔銀并刻蝕硅板，形成可靠黏結(jié)和歐姆接觸。因此1N的拉力要求對于低溫銀漿的是一個(gè)挑戰(zhàn)。

2 HIT電池金屬化工藝流程及方法

目前大部分HIT電池的金屬化主要是流程是先正面印刷，然后烘干，再進(jìn)行背面印刷，然后再烘干，接著進(jìn)行固化，最后測試電池的各項(xiàng)指標(biāo)，如圖2-1所示。

圖2-1 HIT電池金屬化工藝流程

其中，電池正面印刷，可以采用單次印刷，也可以采用DUP或者DP的印刷方式，其中DP的印刷方式較多，主要是為了提高高寬比，獲得優(yōu)良的線型，進(jìn)而得到較高的Isc，從而極大提高電池效率；而背面印刷考慮成本原因，以單次為主。網(wǎng)版的使用方面，除了常規(guī)的360-16um網(wǎng)版，無網(wǎng)結(jié)，380-14/430-13um高目數(shù)網(wǎng)版也可以使用。

烘干時(shí)間和溫度的設(shè)定會影響電極柵線的線型和黏附力，過短的時(shí)間和過低的溫度，將導(dǎo)致柵線的線型坍塌和黏附力偏低，并直接會導(dǎo)致效率偏低。固化的時(shí)間和溫度對拉力的影響較大，較低的溫度和偏短的固化時(shí)間，將導(dǎo)致拉力偏低。為防止對非晶硅薄膜的損失，不管是烘干還是固化，最高設(shè)定溫度最好不超過220℃ 。

低溫銀漿的儲存條件不同于常規(guī)銀漿，一般-20~-10℃條件下可以儲存6個(gè)月，常溫條件下只能儲存一周。

3 HIT電池其他金屬化方法

目前HIT電池金屬化的方法主要絲網(wǎng)印刷為主，絲網(wǎng)印刷的漿料又以低溫銀漿為主，但是因?yàn)殂y漿的成本占比較高，部分廠商嘗試了其他的金屬化技術(shù)，其中能夠批量量產(chǎn)的有賽昂（已出售給solarcity）基于銅電鍍技術(shù)進(jìn)行改進(jìn)的電鍍技術(shù)，取得較好的效果，但是隨著國內(nèi)環(huán)保政策收緊，電鍍項(xiàng)目的環(huán)評審批將極其困難。

另一種金屬化方法來自于總部位于瑞士的設(shè)備制造商Meyer Burger，其于2013年向市場發(fā)布SMWT（SmartWire縮寫）技術(shù)。MeyerBurger號稱與傳統(tǒng)5主柵技術(shù)相比，由于銅線的截面為圓形，制成組件后可以將有效遮光面積減少30%，同時(shí)減少電阻損失，組件總功率提高3%。由于30條主柵分布更密集，主柵和細(xì)柵之間的觸電多達(dá)2660個(gè)，在硅片隱裂和微裂部位電流傳導(dǎo)的路徑更加優(yōu)化，因此由于微裂造成的損失被大大減小，產(chǎn)線的產(chǎn)量可提高1%。更為重要的是由于主柵材料采用銅線，電池的銀材料用量可以減少80%。但是其設(shè)備造價(jià)極其昂貴，電池可靠性仍待批量驗(yàn)證。

幾種金屬化方法優(yōu)缺點(diǎn)匯總?cè)缦卤?-1所示。

表2-1 HIT 電池金屬化方法優(yōu)缺點(diǎn)比較

小結(jié)

① HIT電池因其高效率和高穩(wěn)定性，隨著5.31政策的收緊，未來市場份額有望超過此前預(yù)測5%-7%的份額，國內(nèi)的產(chǎn)能已然增加很多。因此建議相應(yīng)的低溫銀漿開發(fā)加快步伐，在競爭對手不多的情況下，盡快搶占市場份額；

② HIT電池金屬化核心需求是高電性能，穩(wěn)定長期印刷性，合格的拉力；

③ HIT電池金屬可以量產(chǎn)的新技術(shù)有電鍍和SMWT，但是短期內(nèi)，絲網(wǎng)印刷仍將是主流技術(shù)。

原標(biāo)題:規(guī)劃26GW，愈發(fā)火熱的HIT電池如何選擇金屬化技術(shù)？