未來五年漿料印刷仍將是太陽電池提效關鍵

　　導電漿料是提高太陽電池光電轉換效率并有效提供光伏組件輸出更多電力的關鍵材料，在光伏界，太陽電池效率每年的提高點約0.3%-0.4%，其中主要來源之一在于金屬導電漿料，它每年協(xié)助電池效率提升0.2%左右，然而近兩年，太陽電池的效率提升變的越來越困難。

　　業(yè)內普遍認為，當前組件的銷售價格(尤其中國)已經達到一個歷史最低點，想要通過上游材料及電池技術工藝進一步降低成本的空間已經變得很小，這種極限讓大家把目光更多的轉移到終端的BOS系統(tǒng)上。盡管如此，太陽電池生產商及材料、設備供應商仍在做不斷的嘗試，力圖使自己繼續(xù)保留在電池轉換效率提升的名單里，同時絞盡腦汁尋找降低成本的途徑。

　　細柵、多柵高效電池組件成趨勢

　　仔細觀察近幾年的太陽電池光電轉換效率的變化，會發(fā)現兩個特點，其一，電池轉換效率平均約以每年0.3%的提升速度向前發(fā)展，此類情況多出現在一線大廠之間，然而提升正逐步放緩，其余二三線電池生產商甚至無法獲得進一步提升；其二，多晶的技術發(fā)展比單晶要快，獲益于多晶硅片技術進步提升，多晶電池這幾年的效率增長明顯，多晶組件市場需求增加(尤其在中國)。但不管兩者如何發(fā)展，晶硅太陽電池的轉換效率提升已漸漸趨于一個臨界點，緩慢而難以突破。

　　組件制造商認為生產制造端的技術與成本控制已經到達一個極限點，為此把目光更多的放在終端的BOS系統(tǒng)上，電池生產商卻無法停止，他的職能是生產電池，生產高效高質電池。于是一線電池生產商們如晶澳、天合、韓華、英利、晶科、昱輝、尚德電力、中電光伏、京瓷、夏普等各自開發(fā)新的技術路線，如高效低濃度擴散電池、背鈍化結構、MWT背接觸電池、IBC背接觸電池、HIT等。作為電池生產商的材料供應商，杜邦、賀利氏、三星、儒興等緊跟電池廠商的節(jié)奏，開發(fā)與其電池技術路線相匹配的導電漿料，甚至共同研究更合適的電池工藝。

　　在兩方面努力下，2013年中國光伏制造商對與印刷工藝的需求呈現出新的特點，由于設備的進一步更新、導電漿料的進一步升級，使超細柵線太陽電池金屬化逐漸成為可能。細柵、多柵太陽電池技術是在現有生產設備和生產工藝的基礎上研究開發(fā)高方阻細柵密柵多晶硅太陽電池的制備技術。

　　該技術采用高方阻均勻發(fā)射極，摻雜濃度比常規(guī)擴散層低，能夠降低載流子的表面復合速度，提高短路電流密度。需要采用新型正面電極銀漿料，調節(jié)燒結工藝，以避免正面電極燒穿p-n結。通過增加正面電極細柵線的數目，避免串聯(lián)電阻增大、填充因子下降。

　　2013年晶澳太陽能、中利騰輝、尚德電力、力諾光伏、中電光伏等業(yè)內知名光伏公司紛紛推出了四主柵、五主柵電池及組件。其中力諾光伏自行設計、開發(fā)的四主柵電池片，主流檔位封裝組件功率達到253.7W。通過在電池正面采用四條主柵線，力諾光伏稱其四柵線電池的填充因子較三柵線電池提高1%以上，有效降低組件總電阻損耗。組件封裝后250W組件的比例提高到60%以上。除此外，力諾還宣布目前五柵電池正在研發(fā)中，預計很快將進入小批量實驗下線。

　　中電光伏推出了名為Waratah的高效電池及組件，260W多晶電池效率達到17.4%，強調五主柵。中利騰輝也推出全新高效四主柵多晶電池及組件，電池平均效率達到17.7%，據中利騰輝光伏技術研發(fā)副總裁Paul介紹，目前，中利騰暉四柵高效多晶組件已進入批量試產階段，并且60片四柵多晶電池組件255W比例可達到90%以上。

　　值得一提的是，中利騰輝四柵電池組件的量產沒有更換設備，是在現有產線基礎上進行了局部優(yōu)化及改造。針對目前各家企業(yè)相繼推出多主柵電池及組件產品，中利騰輝組件技術經理許志祥表示：這是一種好現象也是一種趨勢，以前由于技術問題，大家都是傳統(tǒng)的柵線，現在隨著技術進步，可以做到更細更多，進一步提高了單位面積組件的輸出功率。

　　事實上國外在這塊已有追溯歷史，2009年三菱電機推出了四主柵，組件效率達15.4-16%，單晶為16%。日本京瓷也開發(fā)了三主柵電池片，并申請獲得日本政府頒發(fā)的專利，這為進入日本市場的光伏制造商埋下了專利壁壘。

　　為了避免京瓷的專利風險，力諾光伏在正面電極設計方面大幅區(qū)別于京瓷專利，從而使這一產品有效避免專利訴訟。隨著這一柵線變化的趨勢，后面會有更多的企業(yè)追隨并創(chuàng)新，預計未來正面電極除了保持常規(guī)的性能外，配合光伏電池制造商對電池表面的設計也將是一項需要思考的工作。

　　在光伏多晶電池工藝中，早些年線寬要印到120-130m，電池效率僅在14%左右，要做到如今電池組件廠商所推出的多柵高效產品是一件很困難的事情。通過導電漿料與印刷工藝的進一步開發(fā)，在過去兩年里一些品牌銀漿可以做到細線印刷，線寬僅50m，且效率可達到17%以上，2013年眾多電池生產商在以往基礎上又取得進一步發(fā)展，這些成績的獲得脫離不了導電漿料在其中的貢獻。

　　眼下細柵技術在電池企業(yè)之中得到試驗與推廣，但其中存在的技術難度也變得越來越高，比如減少絲網印刷柵線寬度盡管有助于減少遮蔽帶來的損失，但卻會導致柵線線阻更高，這是留給設備制造商以及漿料供應商的一個共同課題。為減小由于正面柵線條數增加引起的正面電極的遮蔽效應，需要采用阻擋板、銀漿微加熱等技術解決了細柵線印刷問題，減小正面遮光面積。還有二次印刷技術，在電池片上需要刷兩次導電銀漿，要求對準精確，這些都需要絲網印刷、燒結爐等設備與漿料更好的兼容配合。

　　在領先材料供應商杜邦公司的技術發(fā)展藍圖里，計劃2015年達到22%電池轉換效率的目標，好的接觸電阻表現、優(yōu)異的細線印刷能力、良好量產性能等是達到目標的前提，其新開發(fā)的DuPontSolametPV18x將提升細線印刷能力，可實現>0.1%的效率提升(如圖一)。

　　銀耗量五年降低0.17g

　　由于當前各大光伏制造商對高效單多晶產品的競相追逐，國內外一線光伏上市公司紛紛與材料供應商杜邦、賀利氏等簽訂戰(zhàn)略供應合同，也正因為如此，在2012年、2013年業(yè)內普遍比較低迷的時刻，原材料供應商們的業(yè)務并未受到太大影響，依舊保持較高利潤，這讓人感到眼紅。

　　另一方面，近兩年隨著硅料硅片價格的下降，原本在太陽電池生產成本中占據重要位置的導電漿料變得越來越突出，其占比光伏電池(包括硅片環(huán)節(jié))總成本也逐步上升，達到14%以上。在太陽能電池的結構成本中，導電漿料成為除了硅材料之外，影響太陽電池成本最重要材料。

　　由于導電漿料在其中扮演重要角色，為此太陽電池、組件制造商對一款正面導電銀漿的評判標準中，成本也成為很重要的一個考慮因素，他們希望銀漿價格低，希望銀漿企業(yè)能幫助他們實現更低的銀耗量，減少印刷單耗，降低對貴金屬的依賴。

　　有益于效率與成本，才存在發(fā)展空間，以往大家只知道導電漿料對提升電池轉換效率做出了貢獻，那么其對電池生產成本的降低作用在哪？減少銀漿使用量是一種方式，據測算，目前一塊2.8W的單晶電池片，需要正面銀漿料0.13克左右，背面銀漿料0.06克，這還是漿料供應商們多年努力降本的成果。

　　讓我們來做一個回顧，2009年－2013年過去的幾年里，太陽電池的效率、電池銀耗量、組件價格以及導電漿料的價格出現了哪些變化，先看一組數據(如表一)。

　　從表一數據我們可以看到從2009年的0.30g到2013年的0.13g，五年期間單位銀耗量降低了0.17g，是持續(xù)下降的趨勢。雖然下降但銀漿價格同樣存在不穩(wěn)定性，還取決于銀價，白銀的價格通常隨當年市場及需求價格出現波動，這需要漿料供應商及電池廠商保持對白銀的市場觀察，以做出正確合理的判斷。

　　減少對原材料的使用，同時是設備供應商在千方百計思考的問題。據設備制造商DEK太陽能介紹，在二步印刷中使用其細柵鋼網(FineL1ineStencil)將產生不錯效果，通過首先用細絲絲網印刷主柵，接著再用FineLineStencil印刷細柵，從而使效率更高、漿料消耗更低。它使每個印刷工藝都能使用優(yōu)化的漿料，不僅能精確控制主柵和細柵線的相對印刷高度，由此節(jié)約銀漿，還能使用無接觸的主柵漿料，以提高Voc，從而提高電池效率。

　　為了更快的降低成本，有人提出刻槽埋柵、激光SE、局部背場以及新南威爾士的電鍍技術，甚至提出取代銀漿，實現正面無銀的猜想。以電鍍?yōu)槔?，它是用含銀的電鍍液，選擇現在流行的Ni/Cu/Ag三層度，成本比較劃算，一般是鎳、銅、銀三層，在這個架構上，銀的份量減輕了，而銅比銀便宜很多；還有只用鎳和銅的，在價格上就拉開了差距，差三分之一到四分之一的價格，當中就是銅價和銀價的差額。DEK公司最近給出一份研究結果：電池效率提高，加上正面漿料減少40%，這對于眾多太陽能電池制造商而言是一個現實的前景。

　　替代產品及正面無銀的研發(fā)給漿料供應商帶來了潛在威脅，他們需要證明更多的貢獻與實力。與用硅量不斷減少的規(guī)律一致，漿料供應商們在幫助電池制造商實現逐年降低銀耗量的目標，比如賀利氏(如圖二)。

　　鑒于降成本的考量與工藝的改進，未來幾年減少原材料用量的趨勢還將持續(xù)，到2015年，太陽電池用硅量將減少至6.0-8.0g/wp，而電池銀耗量將降低為0.09g，電池的厚度也將變薄(如表二、圖二)。