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新一代太陽能銀漿
強勢助力電池效率提升

【作者: 王雷】   2017年03月01日 星期三

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在歷經若干輪的行業高峰和低谷之後,整個晶矽太陽能產業鏈面臨的挑戰依然沒有改變,即為進一步提高轉化效率(輸出功率),降低度電成本。在進一步「提效降本」的壓力之下,正面金屬化導電銀漿作為一個重要因素,受到行業的普遍重視。


作為銀漿行業的一員「老兵」,賀利氏多年來秉承「一貫領先對手一年」的研發速度,在銀漿領域精耕細作,最近有了進一步的突破:在我們構建的擁有專利權的SOL9641產品平台上,2016年下半年成功推出SOL9641A 和SOL9641B單次印刷產品家族,可適用於多晶、單晶、黑矽及PERC電池,而且基於這一產品平台,我們也將推出雙次印刷(Double-Printing)和無網結網板漿料。在本文中,我們將展示SOL9641在提效降本上的卓越性能。


「提效降本」之解決方案

在2016年十月發佈的ITRPV roadmap中 (如圖一) [參考文獻1], 我們可以看到,銀漿依然是晶矽太陽能電池金屬化材料的主流。在2016年底統計,在大工業生產中每片156X156 mm電池片上平均消耗95毫克的銀漿,約占成本的10%,預期在2026年達到40毫克每片,是現今的一半以下。



圖一 : ITRPV對單片電池片銀漿耗量的歷史統計和預測
圖一 : ITRPV對單片電池片銀漿耗量的歷史統計和預測

因此賀利氏認同ITRPV的預測並相信,在下一個十年中,我們在金屬化銀漿研發方面仍將有巨大潛力和突破空間。然而,在降低銀漿消耗的同時提高效率,也對銀漿的性能帶來一些新的挑戰,需要有漿料行業有新的解決方案。下表一是賀利氏應對提效降本方案的一個簡要小結:











































 

要求

正面結果

銀漿面臨的挑戰

賀利氏解決方案

絲網印刷

降低單片電池漿料耗量

降低成本

耗量降低,依然要提高效率

SOL9641改善有機載體,進而改善漿料流變性

改進高寬比 (細而高)

減少遮光,提高效率 (Isc, FF)

細線導致接觸面積減少

SOL9641柵線更細更佳高寬比更平滑表面和更低電阻

適合高速大批量生產

提高產量

漿料需要非常不同的流變學特性

漿料更軟,更好的網板通過性

降低印刷瑕疵

提高生產良品率

細而不斷,均勻飽滿

改善流變性

矽片 

降低表面摻雜濃度, 提高方塊電阻 

提高Voc, Isc

需要更好好的歐姆接觸


依然保證良好的passivation

改善玻璃及銀粉系統,提升接觸性能


平衡接觸和SiNx燒穿性能



表一、賀利氏的提效降本方案


趨近完美的超細線(Ultra-fine-line)印刷性能

作為絲網印刷的重要組成部分,改進絲網網板設計和印刷模式是第一步,例如網板的開口尺寸、網紗設計、乳劑種類和厚度選擇,雙次印刷、Stencil、無網結網板等等。在我們2015年一篇綜述文章中 [參考文獻2],我們預計在將來一兩年,網板設計開口會從兩年前的45μm,縮小至現在的30μm,並有望在近兩年內降低至25μm以下。這些源於電池生產廠、網板供應商和設備供應商的改進,都給漿料性能提出更進一步挑戰和機遇。


針對市場及客戶需求,賀利氏研發和工藝制程團隊通過創新的有機載體配方設計,使得SOL9641新世代正面銀漿在其流變學特性方面有了長足進步。通過配合絲網印刷的網板設計優化,柵線形貌更加堅挺、柵線表面平滑、柵線邊緣整齊無毛邊,大大減少了絲網印刷固有的Mesh Mark,即溝壑效應 (如圖二)。



圖二 :  上一世代漿料與SOL9641柵線形貌對比
圖二 : 上一世代漿料與SOL9641柵線形貌對比

由於對各種類型網板的廣譜匹配性,SOL9641在超細線印刷的直接效果就是,降低了每片電池上的漿料重量。根據大量客戶回饋,與上一代產品相比較,平均降低約10%的單片漿料消耗。其一、SOL9641更佳高寬比,使得漿料在更細開口的網板上,依然保持優異的柵線電阻;其二、SOL9641優異的流變學特性,使得漿料在大生產高速印刷中,大大減少印刷瑕疵,提高了電池片生產的良品率;其三、SOL9641還具有經過大量生產驗證的長期印刷穩定性,減少生產線維護成本。


近期我們還基於SOL9641平臺,與客戶和網板廠商通力合作,推出了SOL9642系列雙次印刷和SOL9641+無網結網板高效率組合,得到了令人驚異的更高轉換效率提升。


為LDE度身打造的優異歐姆接觸性能

眾所周知,通過降低N-型矽半導體材料中磷原子的參雜濃度(LDE),可以有效提高半導體表面少子複合速率(Recombination Velocity),從而獲得更高的短路電流及開路電壓,提升電池的效率。然而,由於正面金屬化的歐姆接觸非常依賴於磷原子的參雜濃度,「沒有可以提供更好接觸的銀漿可用」是電池生產廠在優化LDE制程中的瓶頸。


賀利氏一直傾聽客戶的聲音,研發團隊更是和客戶緊密合作。在漿料化學特性,特別是一些關鍵成分(例如玻璃體和銀粉)上,我們依託自身的研發實力,還有在專利佈局上優勢,把SOL9641成功打造成為一個適應LDE的產品平臺。


在全新的SOL9641平臺上,漿料可以達到:一、適合LDE的更低優異歐姆接觸,從而降低串聯電阻,提升電池效率 (如圖三)。二、更為寬廣的燒結工藝視窗 (適應PERC、PERL、IBC等新型電池結構的需求)。三、為超細線印刷準備更為平穩的歐姆接觸性能 (如圖四)。



圖三 : 不同方塊電阻的矽片上的串聯電阻變化趨勢
圖三 : 不同方塊電阻的矽片上的串聯電阻變化趨勢

圖四 : 不同網板開口印刷所得柵線的接觸電阻變化趨勢 (on 100 ohm/sq wafer)
圖四 : 不同網板開口印刷所得柵線的接觸電阻變化趨勢 (on 100 ohm/sq wafer)

效率提升的客戶回饋

SOL9641平臺上,已經在PV Taiwan 2016推出SOL9641A系列,賀利氏也即將在2017年第一季度跟進推出用於單次印刷和無網結網板的SOL9641B及其二次印刷漿SOL9642B。與此同時,,我們也高興地得到了大量客戶的正面回饋,兩款新新產品也在若乾電池大廠實現大規模量產。我們根據客戶回饋(如圖五),對SOL9641新世代漿料的效率提升做了小結。我們可以看到:一、在單晶和單晶PERC LDE矽片上,SOL9641可以帶來+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%電池效率提升。三、通過擴散制程優化,甚至可以看到+0.3%的電池效率提升。四、這些提升來自於 Isc, FF 和Voc,並成功轉化為模組功率輸出的提升。



圖五 : 在不同方阻及電池結構上,SOL9641帶來明顯效率提升
圖五 : 在不同方阻及電池結構上,SOL9641帶來明顯效率提升

結語

回顧我們在文章開頭提到的對正銀漿料的的要求:更細線、更好歐姆接觸、更佳柵線電阻及更好的印刷性。 SOL9641B能夠給晶矽電池帶來+0.1 ~ 0.3% 的絕對效率增長,此得益於:更細線,可以用於30um或更細網板開口,降低銀漿耗量,並獲得更佳柵線形貌和柵線電阻。更好歐姆接觸,可以獲得在100 ?/□矽片,尤其是單晶上獲得良好歐姆接觸,得到更填充因數。更好的印刷性,適合持續高速生產,獲得產能和效率上的雙贏。


參考文獻

[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)


@刊頭圖片來源(Source:Liberated Tech)


(本文作者為賀利氏全球產品經理)


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