HJT低溫銀漿技術(shù)開發(fā)難點

:HJT太陽能電池是已知工業(yè)化電池中相對效率最高的太陽能電池結(jié)構(gòu)。目前傳統(tǒng)晶硅電池轉(zhuǎn)化效率為20.2%，高效晶硅電池效率也僅能達(dá)到22%，而HJT電池效率最高可達(dá)27%。但目前HJT電池實際量產(chǎn)效率與高效晶硅電池基本持平，主要技術(shù)難點是低溫銀漿的導(dǎo)電性能較低，且漿料產(chǎn)品占電池制造的非硅產(chǎn)品部分超過50%。因此，HJT銀漿的突破對電池的產(chǎn)業(yè)化至關(guān)重要。因HJT銀漿的高導(dǎo)電性、高焊接拉力、快速印刷等技術(shù)要求難以同時滿足，目前，HJT電池銀漿產(chǎn)業(yè)化技術(shù)被國外企業(yè)獨家壟斷，價格昂貴，嚴(yán)重制約我國HJT電池技術(shù)發(fā)展。

（來源：微信公眾號“摩爾光伏”ID：molepv）

本文將從原材料選擇、配方設(shè)計、生產(chǎn)工藝控制、檢測及應(yīng)用等五個方面介紹HJT低溫漿料的技術(shù)開發(fā)難點，同時分析HJT漿料的技術(shù)發(fā)展趨勢：

一、HJT低溫銀漿發(fā)展現(xiàn)。

1、HJT電池對銀漿的特殊要求

HJT電池是在晶硅基片使用薄膜技術(shù)制作PN節(jié)、減反射層和導(dǎo)電層的新型電池工藝技術(shù)，其整個電池制作前道過程的工藝溫度均不超過400℃。如使用與晶硅電池一致的高溫銀漿制作電池的正/負(fù)電極，該銀漿成型所需要700℃以上高溫將對HJT電池的薄膜結(jié)構(gòu)造成非常大的損傷。因此需要一款針對HJT電池工藝開發(fā)的低溫銀漿，其要求是：

①電極成型溫度低于200℃

②電極體電阻率低于10-5Ωcm

③該電極無需與硅形成歐姆接觸，但與TCO導(dǎo)電層的接觸需足夠低

④可以經(jīng)受電池串焊時200-350℃的釬焊溫度沖擊，焊接拉力應(yīng)大于1N/mm

⑤在長期光照條件下，保持電極體電阻的穩(wěn)定，并保證與組件封裝材料間的化學(xué)穩(wěn)定性。

基于以上技術(shù)要求，目前HJT行業(yè)均采用樹脂固化型的低溫銀漿制作電池的正/負(fù)電極，該種類銀漿的成型固化溫度低于200℃，固化時間相對較短以滿足電池的產(chǎn)能需求，而在電阻率、焊接附著力和化學(xué)穩(wěn)定性方面需要針對HJT電池的需求進(jìn)行針對性開發(fā)。

2、HJT低溫銀漿企業(yè)及產(chǎn)品特點

因技術(shù)路線與高溫銀漿有非常大的差異，目前HJT低溫銀漿的供應(yīng)商情況也是完全不一樣的。

①進(jìn)口供應(yīng)商情況：

目前HJT銀漿市場占有率最大的供應(yīng)商是來自日本的KE。與傳統(tǒng)的日本銀漿巨頭日本住友、日本昭榮不一樣的是，日本KE的規(guī)模并不大，員工人數(shù)在50人以下。但其股東背景卻來頭不小，分別是有機(jī)樹脂巨頭日本第一工業(yè)制藥和全球銀粉最大的制造商之一日本同和。日本KE專注開發(fā)低溫銀漿，特別是HJT電池使用的高導(dǎo)電性低溫銀漿。目前其Finger細(xì)柵產(chǎn)品的體電阻率已低于6*10-6Ωcm，并將在1年內(nèi)通過引入低溫?zé)Y(jié)銀粉技術(shù)，將電極體電阻率降至4-5*10-6Ωcm；細(xì)柵產(chǎn)品可印刷35-40um線寬的Finger設(shè)計網(wǎng)版，該產(chǎn)品焊接拉力大于1N/mm。Busbar主柵產(chǎn)品的成本更低、焊接拉力更大，并將在未來3-5年內(nèi)逐步開發(fā)銀包銅漿、銅漿，進(jìn)一步降低產(chǎn)品成本。

美國低溫銀漿巨頭漢高公司也是HJT銀漿的供應(yīng)商之一。依托其豐富的低溫銀漿產(chǎn)品線和雄厚的低溫漿料技術(shù)積累，漢高是最早參與開發(fā)HJT專用低溫銀漿的供應(yīng)商之一，其產(chǎn)品曾一度成為行業(yè)主流產(chǎn)品。但該公司產(chǎn)品一致存在電阻率、焊接拉力和細(xì)線印刷性較難平衡的問題，且產(chǎn)品開發(fā)速度略遜于KE公司。隨著最近幾年漢高將資源轉(zhuǎn)移至疊瓦組件使用的ECA導(dǎo)電膠市場，其HJT低溫銀漿已逐漸淡出市場。

另日本Nanotech、杜邦、賀力氏均有開發(fā)過HJT低溫銀漿產(chǎn)品，但目前面試的量產(chǎn)品市占比較小，相關(guān)產(chǎn)品的技術(shù)特點不明朗。

②國產(chǎn)供應(yīng)商情況：

雖然在光伏正面銀漿市場上，截止2018年國產(chǎn)供應(yīng)商已經(jīng)達(dá)到了超過35%的市占比，但在HJT低溫漿料的技術(shù)開發(fā)、市場開拓方面，國內(nèi)廠商尚處于起步階段，目前已宣稱涉足該領(lǐng)域的國內(nèi)廠商有常州聚和、深圳首騁、蘇州晶銀等4-5家，但就HJT電池企業(yè)的技術(shù)反饋來看，已達(dá)到量產(chǎn)品技術(shù)要求的廠家并不多，其中以常州聚和的產(chǎn)品技術(shù)相對較好，在印刷性、體電阻率和焊接拉力方面均能達(dá)到進(jìn)口產(chǎn)品同一水平。常州聚和雖然是國產(chǎn)銀漿廠商中成立相對較晚的一家，但依托全球領(lǐng)先的供應(yīng)商資源和擁有超過30年銀漿開發(fā)經(jīng)驗的研發(fā)團(tuán)隊，已形成包括P型單多晶正銀、PERC背面銀漿、N型雙面銀漿和HJT低溫銀漿等多個技術(shù)品類在內(nèi)的豐富產(chǎn)品集，其HJT低溫銀漿產(chǎn)品已經(jīng)多家國內(nèi)HJT電池客戶評估認(rèn)可，并已進(jìn)入批產(chǎn)供貨。常州聚和也在不斷研發(fā)窄線寬、高速印刷、低溫快速固化、低體電阻率及低成本的HJT低溫銀漿新品。

二、HJT低溫銀漿技術(shù)開發(fā)難點

1、原材料選擇

①專用銀粉開發(fā)：行業(yè)熟知光伏高溫銀漿自2010年以來，均采用的是1-3um的球形銀粉，該種銀粉在燒結(jié)過程中部分熔融形成致密度高、體電阻低的銀電極。但HJT電池工藝中的電極成型溫度達(dá)不到可使該尺寸球形銀粉部分熔融燒結(jié)的要求，因此在銀粉選擇上需考慮其他機(jī)理降低電極的體電阻：1、通過不同尺寸、不同形貌銀粉的復(fù)配，使銀粉在銀漿中達(dá)到最優(yōu)的密堆積狀態(tài)，減少電極固化后的內(nèi)部孔洞密度；2、通過提升銀含量，提升電極固化過程的體積收縮率，增加電極固化后銀顆粒之間的接觸點及接觸有效性。與此同時，HJT低溫銀漿的銀粉選擇，還要考慮與TCO膜的接觸電阻和電極互聯(lián)后的焊接拉拔力。

圖銀粉密堆積原理

②有機(jī)體系開發(fā)：HJT銀漿需同時滿足印刷的墨性要求和固化工藝要求，相比于高溫?zé)Y(jié)銀漿的有機(jī)體系，可謂用量更少、作用更大。首先，因為要兼顧印刷和固化的要求，HJT銀漿所用樹脂體系是固化單體或預(yù)聚物，分子量相對較低，且多為合成樹脂體系，有豐富的官能團(tuán)，而高溫?zé)Y(jié)銀漿所用樹脂多為天然高分子改性樹脂或合成的直鏈樹脂。另外固化劑或固化促進(jìn)劑作為影響低溫銀漿固化性能的關(guān)鍵助劑，是低溫銀漿有機(jī)配方中最重要的有機(jī)助劑之一，而在高溫?zé)Y(jié)銀漿中是不用使用這一組分的。在溶劑、分散劑、流變助劑和流平劑等有機(jī)助劑選擇方面，為了匹配低溫銀漿選用的銀粉、主樹脂和固化劑，在種類和功能的著重性上也是和高溫?zé)Y(jié)銀漿不同的。

2、配方設(shè)計

因應(yīng)用工藝條件的差異，高溫?zé)Y(jié)銀漿和HJT低溫銀漿在配方設(shè)計的技術(shù)難點上是完全不同的。

高溫?zé)Y(jié)銀漿配方設(shè)計的難點是：1、平衡降低接觸電阻和減少電極燒結(jié)對PN節(jié)區(qū)腐蝕之間的技術(shù)矛盾；2、在減少電極遮光面積的同時降低電極線電阻。

低溫銀漿配方設(shè)計的難點是：1、平衡降低電極線電阻和提升電極焊接附著力之間的技術(shù)矛盾；2、在降低電極線電阻的同時保證電極的長期可靠性、降低電極制造成本。

3、生產(chǎn)工藝控制

低溫銀漿的制備工藝共分為配料、混料、攪拌、三輥混合、過濾包裝5大步驟,其中配料及三輥混合工序為關(guān)鍵工序。

銀漿是配方型產(chǎn)品，在產(chǎn)品生產(chǎn)過程中，如配方出現(xiàn)問題，是無法通過制備工藝彌補(bǔ)的，所以在整個工藝流程中，配料工序是關(guān)鍵工序之一。區(qū)別于傳統(tǒng)的涂料油墨行業(yè)的純手工配料方式，高附加值的HJT銀漿可采用數(shù)字化配料系統(tǒng)硬件結(jié)合先進(jìn)的物流管理軟件系統(tǒng)，避免人為操作在該工序引入的不可控因素，提升產(chǎn)品品質(zhì)控制能力。

三輥工序是銀漿生產(chǎn)過程中影響產(chǎn)品粘度、細(xì)度、固體含量、流變性能的關(guān)鍵混合工序。銀漿中的樹脂、溶劑、銀粉、各種助劑在該工序?qū)崿F(xiàn)微米級的充分混合及潤濕分散。HJT銀漿是低溫固化型有機(jī)體系，對溫濕度、有機(jī)及金屬雜質(zhì)的影響更加敏感，所以相比于高溫光伏銀漿在三輥工序，需提升剪切速度、溫度、輥距控制精度，同時通過對輔助工裝、外圍設(shè)備的優(yōu)化設(shè)計，進(jìn)一步提升工序控制能力，實現(xiàn)對產(chǎn)品質(zhì)量的精細(xì)化控制。

4、產(chǎn)品檢測及應(yīng)用性能

①建立嚴(yán)格的產(chǎn)品質(zhì)量控制體系：HJT低溫銀漿的產(chǎn)品性能控制，需要根據(jù)客戶燒結(jié)、印刷及與基材接觸的需求，模擬HJT電池、器件低溫固化環(huán)境，建立低溫銀漿測試平臺，進(jìn)行電阻、附著力、線型等成品關(guān)鍵參數(shù)的檢測，保證產(chǎn)品性能達(dá)到產(chǎn)品開發(fā)要求。同時需要建立產(chǎn)品設(shè)計開發(fā)過程的品質(zhì)管理、原材料進(jìn)料檢驗、生產(chǎn)全流程管理等質(zhì)量控制體系，全方位的保證產(chǎn)品質(zhì)量嚴(yán)格控制在較小的波動范圍內(nèi)。相關(guān)標(biāo)準(zhǔn)需要參考半導(dǎo)體材料和TS16949汽車行業(yè)質(zhì)量控制標(biāo)準(zhǔn)。

②產(chǎn)品應(yīng)用性能保證：嚴(yán)格來說，HJT低溫漿料產(chǎn)品在漿料生產(chǎn)線只完成了該產(chǎn)品生產(chǎn)流程的前半部分，而其后半部分是在電池片生產(chǎn)線固化形成電池電極工藝過程中完成的。因此低溫漿料產(chǎn)品質(zhì)量好壞，最后起決定作用的是應(yīng)用工藝過程的控制。這部分工作，需要漿料企業(yè)配合電池片企業(yè)共同完成。作為HJT低溫漿料產(chǎn)品，印刷工藝、網(wǎng)版參數(shù)、印刷耗材、烘干及固化工藝，甚至之后的電池互聯(lián)焊接工藝均能印象到產(chǎn)品性能的評估。

三、HJT低溫銀漿發(fā)展趨勢

作為影響HJT電池性能的關(guān)鍵材料，HJT低溫銀漿性能的提升可在較大幅度上提升HJT電池在各種類型光伏電池競爭中的地位，其性能發(fā)展主要體現(xiàn)在以下幾個方面：

1.降低電阻率

銀最為一種導(dǎo)電性和化學(xué)穩(wěn)定性優(yōu)異的金屬，其本征電阻率可達(dá)到1.6*10-6Ωcm。晶硅電池?zé)Y(jié)型銀漿目前產(chǎn)品的電阻率水平是在2-3*10-6Ωcm。目前的HJT低溫銀漿產(chǎn)品電阻率雖然可比傳統(tǒng)低溫銀漿下降40-50%，達(dá)到5-6*10-6Ωcm，但該數(shù)值仍是燒結(jié)型銀漿的1.5-2倍，這也是HJT電池串聯(lián)電阻高、FF低的主要原因之一。未來通過引入新的銀粉材料、優(yōu)化固化體系，HJT銀漿電阻率有望降低至3-4*10-6Ωcm。

2.量產(chǎn)性提升

隨著HJT電池市場的不斷擴(kuò)大，電池量產(chǎn)工藝要求也將不斷上升。

印刷工藝方面，目前為保證印刷質(zhì)量，HJT電池主流的細(xì)柵網(wǎng)版開口在35-40um之間，而以以往光伏行業(yè)細(xì)柵逐年收窄的趨勢來看，未來1年內(nèi)將降至28-30um。同時印刷速度也將由現(xiàn)有的200-250mm/s提升至300-350mm/s，使每片電池片的印刷耗時小于1.5s。

固化工藝方面，目前的固化條件普遍是30-40min@200℃，而優(yōu)化后的工藝應(yīng)該達(dá)到15-20min，固化溫度下降至150-180℃。

3.銀漿成本的下降

因HJT電池需要雙面印刷銀漿制作電極，目前HJT單片電池銀漿耗量>0.3g，是燒結(jié)型銀漿的3倍以上，再加上銀漿單價較高，使每片電池的制造成本上升了1.2-1.5元，占電池非硅制造成本超過50%。可通過以下幾個方向降低該項成本：

1、通過主柵圖形的優(yōu)化設(shè)計和細(xì)柵的細(xì)線化，可降低15-20%的銀漿單片耗量。

2、通過主副柵分步印刷，降低主柵銀漿的固含量，可進(jìn)一步降低10-15%的銀漿耗量。

3、在保證線電阻和焊接拉力的前提下，通過部分賤金屬替代銀，可大幅降低銀漿制造成本，該技術(shù)可能在未來2-3年取得一定的突破。

原標(biāo)題:HJT低溫銀漿技術(shù)開發(fā)難點