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HIT技术金属化发展研究

2018-08-06 09:53:11 作者:admin 来源:贺利氏可再生能源 网友评论 0

HIT技术介绍及前景

HIT技术介绍及前景

1技术背景介绍

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HIT电池结构

异质结HIT(Hereto-junction with Intrinsic Thin-layer)电池(同时也简称HJT,SHJ,SJT等),通常以n型晶体硅作衬底,宽带隙的非晶硅作发射极,典型结构如上图所示。该电池具有双面对称结构,n型硅衬底两侧两层薄本征非晶硅层,正面一层P型非晶硅发射极层,背面一层n型非晶硅膜背表面场;在两侧非晶硅薄层上用溅射法沉积透明导电氧化物薄膜,最后制备金属栅极。

HIT太阳能电池的优势

低温工艺

由于使用a-Si构成PN结,所以能在200℃以下的低温完成整个工序,远低于传统晶硅太阳电池的形成温度(~900℃)。低温制造工艺可以有效减少热应力对膜产生的变形影响,加上两侧对称的非晶硅薄膜构造,电池基底的热损伤大大降低,有利于实现晶片的轻薄化和高效化。

高稳定性

HIT太阳电池Voc越高输出特性的温度依存性越小。对Voc超过700 mV的HIT电池,其温度系数-0.25%/℃,而传统的扩散PN结太阳电池温度系数为0.45%/℃,降低温度系数意味着即使在光照升温情况下仍有好的输出。

高效率

HIT电池独特的非掺杂(本征)氢化非晶硅薄层异质结结构,改善了对硅片表面的钝化效果,大降低了表面复合损失,提高了电池效率。据报道,Panasonic研发出的HIT电池实验室效率已达到25.6%,是目前世界上转换效率最高的商业化晶硅电池。

2技术前景

TECHNICAL PROSPECTS

根据2017年ITRPV预测HIT电池所占份额五年内约为5%~7%,如下图所示,

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HIT电池市场占有率预测

但是随着今年5.31政策的颁布执行,现在相对低效的电池及组件份额必然减少,届时HIT电池因其高效率以及不断降低的成本,市场份额有望超过之前的预测。实际上,国内很多电池制造商正积极布局HIT 技术,包括晋能、汉能、通威、江苏爱康等,产能即将较去年大幅增加。

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HIT电池产能统计

3HIT电池的制造工艺流程介绍

HIT电池制造工艺流程以简洁著称,其中a-Si:H薄膜的沉积是工艺技术的核心,要求氢化非晶硅膜层的缺陷态密度低、折射率高且光吸收系数低。目前,国内外文献多采用等离子体增强化学气相沉积法(PECVD)制备非晶硅薄膜,其他方法如热丝化学气相沉积技术(HWCVD)、常压化学气相沉积技术(APCVD)和 离子束辅助沉积技术制备a-Si:H也有研究。目前,HIT电池的电极目前主要采用丝网印刷低温Ag导电浆实现的,降低电极的丝网印刷电阻和细化金属线是实现太阳能电池低成本、高效率的关键。

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HIT电池工艺流程

HIT电池技术金属化(银浆)发展研究

1HIT电池金属化的核心要求

HIT电池因为其特殊的晶硅/非晶硅界面态钝化结构,对设备、工艺、环境、操作水平等要求较常规的晶硅电池制造要高得多,金属化(主要讨论银浆的情况)要求也必然非常高,总结起来主要是三个方面:

高电性能

对于银浆的体电阻要求一般在5.0*10^-6——10^-5Ω.cm,需要银浆有良好的接触,很低的Rs和较高的FF;

良好的印刷性

目前的部分HIT电池印刷的网版开口约在40-45um,后续为了将本和提升Isc,网版的开口必然会下降到40um以下,此时需要银浆具备很好的长期稳定印刷性;

合格的拉力

目前主要HIT电池制造厂家的拉力要求一般约是1N。而低温银浆是基于工艺温度在250℃以下,没有银粉烧结过程,银粉之间、银与基材之间依靠有机树脂相进行黏接。不同于传统晶硅电池浆料采用高温烧结,银粉之间依靠表面熔融相互连接,玻璃相在一定程度上熔银并刻蚀硅板,形成可靠黏结和欧姆接触。因此1N的拉力要求对于低温银浆的是一个挑战。

2HIT电池金属化工艺流程及方法

目前大部分HIT电池的金属化主要是流程是先正面印刷,然后烘干,再进行背面印刷,然后再烘干,接着进行固化,最后测试电池的各项指标,如下图所示。

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HIT电池金属化工艺流程

其中,电池正面印刷,可以采用单次印刷,也可以采用DUP或者DP的印刷方式,其中DP的印刷方式较多,主要是为了提高高宽比,获得优良的线型,进而得到较高的Isc,从而极大提高电池效率;而背面印刷考虑成本原因,以单次为主。网版的使用方面,除了常规的360-16um网版,无网结,380-14/430-13um高目数网版也可以使用。

烘干时间和温度的设定会影响电极栅线的线型和黏附力,过短的时间和过低的温度,将导致栅线的线型坍塌和黏附力偏低,并直接会导致效率偏低。固化的时间和温度对拉力的影响较大,较低的温度和偏短的固化时间,将导致拉力偏低。为防止对非晶硅薄膜的损失,不管是烘干还是固化,最高设定温度最好不超过220℃ 。

低温银浆的储存条件不同于常规银浆,一般-20~-10℃条件下可以储存6个月,常温条件下只能储存一周。

3HIT电池其他金属化方法

目前HIT电池金属化的方法主要丝网印刷为主,丝网印刷的浆料又以低温银浆为主,但是因为银浆的成本占比较高,部分厂商尝试了其他的金属化技术,其中能够批量量产的有赛昂(已出售给solarcity)基于铜电镀技术进行改进的电镀技术,取得较好的效果,但是随着国内环保政策收紧,电镀项目的环评审批将极其困难。

另一种金属化方法来自于总部位于瑞士的设备制造商Meyer Burger,其于2013年向市场发布SMWT(SmartWire缩写)技术。Meyer Burger号称与传统5主栅技术相比,由于铜线的截面为圆形,制成组件后可以将有效遮光面积减少30%,同时减少电阻损失,组件总功率提高3%。由于30条主栅分布更密集,主栅和细栅之间的触电多达2660个,在硅片隐裂和微裂部位电流传导的路径更加优化,因此由于微裂造成的损失被大大减小,产线的产量可提高1%。更为重要的是由于主栅材料采用铜线,电池的银材料用量可以减少80%。但是其设备造价极其昂贵,电池可靠性仍待批量验证。

几种金属化方法优缺点汇总如下表所示。

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HIT 电池金属化方法优缺点比较

小结

① HIT电池因其高效率和高稳定性,随着5.31政策的收紧,未来市场份额有望超过此前预测5%-7%的份额,国内的产能已然增加很多。因此建议相应的低温银浆开发加快步伐,在竞争对手不多的情况下,尽快抢占市场份额;

② HIT电池金属化核心需求是高电性能,稳定长期印刷性,合格的拉力;

③ HIT电池金属可以量产的新技术有电镀和SMWT,但是短期内,丝网印刷仍将是主流技术。


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