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    HIT技術金屬化發展研究

    核心提示:低溫制造工藝可以有效減少熱應力對膜產生的變形影響,加上兩側對稱的非晶硅薄膜構造,電池基底的熱損傷大大降低,有利于實現晶片的輕薄化和高效化。
       HIT技術介紹及前景
      
      1技術背景介紹
      <技術篇>HIT技術金屬化發展研究
      HIT電池結構
      
      異質結HIT(Hereto-junction with Intrinsic Thin-layer)電池(同時也簡稱HJT,SHJ,SJT等),通常以n型晶體硅作襯底,寬帶隙的非晶硅作發射極,典型結構如上圖所示。該電池具有雙面對稱結構,n型硅襯底兩側兩層薄本征非晶硅層,正面一層P型非晶硅發射極層,背面一層n型非晶硅膜背表面場;在兩側非晶硅薄層上用濺射法沉積透明導電氧化物薄膜,最后制備金屬柵極。
      
      HIT太陽能電池的優勢
      
      低溫工藝
      
      由于使用a-Si構成PN結,所以能在200℃以下的低溫完成整個工序,遠低于傳統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力對膜產生的變形影響,加上兩側對稱的非晶硅薄膜構造,電池基底的熱損傷大大降低,有利于實現晶片的輕薄化和高效化。
      
      高穩定性
      
      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-0.25%/℃,而傳統的擴散PN結太陽電池溫度系數為0.45%/℃,降低溫度系數意味著即使在光照升溫情況下仍有好的輸出。
      
      高效率
      
      HIT電池獨特的非摻雜(本征)氫化非晶硅薄層異質結結構,改善了對硅片表面的鈍化效果,大降低了表面復合損失,提高了電池效率。據報道,Panasonic研發出的HIT電池實驗室效率已達到25.6%,是目前世界上轉換效率最高的商業化晶硅電池。
      
      2技術前景
      
      TECHNICAL PROSPECTS
      
      根據2017年ITRPV預測HIT電池所占份額五年內約為5%~7%,如下圖所示,
      <技術篇>HIT技術金屬化發展研究
      HIT電池市場占有率預測
      
      但是隨著今年5.31政策的頒布執行,現在相對低效的電池及組件份額必然減少,屆時HIT電池因其高效率以及不斷降低的成本,市場份額有望超過之前的預測。實際上,國內很多電池制造商正積極布局HIT 技術,包括晉能、漢能、通威、江蘇愛康等,產能即將較去年大幅增加。
      <技術篇>HIT技術金屬化發展研究
      HIT電池產能統計
      
      3HIT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,其中a-Si:H薄膜的沉積是工藝技術的核心,要求氫化非晶硅膜層的缺陷態密度低、折射率高且光吸收系數低。目前,國內外文獻多采用等離子體增強化學氣相沉積法(PECVD)制備非晶硅薄膜,其他方法如熱絲化學氣相沉積技術(HWCVD)、常壓化學氣相沉積技術(APCVD)和 離子束輔助沉積技術制備a-Si:H也有研究。目前,HIT電池的電極目前主要采用絲網印刷低溫Ag導電漿實現的,降低電極的絲網印刷電阻和細化金屬線是實現太陽能電池低成本、高效率的關鍵。
      <技術篇>HIT技術金屬化發展研究
      HIT電池工藝流程
      
      HIT電池技術金屬化(銀漿)發展研究
      
      1HIT電池金屬化的核心要求
      
      HIT電池因為其特殊的晶硅/非晶硅界面態鈍化結構,對設備、工藝、環境、操作水平等要求較常規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,總結起來主要是三個方面:
      
      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電池印刷的網版開口約在40-45um,后續為了將本和提升Isc,網版的開口必然會下降到40um以下,此時需要銀漿具備很好的長期穩定印刷性;
      
      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,沒有銀粉燒結過程,銀粉之間、銀與基材之間依靠有機樹脂相進行黏接。不同于傳統晶硅電池漿料采用高溫燒結,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,形成可靠黏結和歐姆接觸。因此1N的拉力要求對于低溫銀漿的是一個挑戰。
      
      2HIT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,再進行背面印刷,然后再烘干,接著進行固化,最后測試電池的各項指標,如下圖所示。
      <技術篇>HIT技術金屬化發展研究
      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,獲得優良的線型,進而得到較高的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。網版的使用方面,除了常規的360-16um網版,無網結,380-14/430-13um高目數網版也可以使用。
      
      烘干時間和溫度的設定會影響電極柵線的線型和黏附力,過短的時間和過低的溫度,將導致柵線的線型坍塌和黏附力偏低,并直接會導致效率偏低。固化的時間和溫度對拉力的影響較大,較低的溫度和偏短的固化時間,將導致拉力偏低。為防止對非晶硅薄膜的損失,不管是烘干還是固化,最高設定溫度最好不超過220℃ 。
      
      低溫銀漿的儲存條件不同于常規銀漿,一般-20~-10℃條件下可以儲存6個月,常溫條件下只能儲存一周。
      
      3HIT電池其他金屬化方法
      
      目前HIT電池金屬化的方法主要絲網印刷為主,絲網印刷的漿料又以低溫銀漿為主,但是因為銀漿的成本占比較高,部分廠商嘗試了其他的金屬化技術,其中能夠批量量產的有賽昂(已出售給solarcity)基于銅電鍍技術進行改進的電鍍技術,取得較好的效果,但是隨著國內環保政策收緊,電鍍項目的環評審批將極其困難。
      
      另一種金屬化方法來自于總部位于瑞士的設備制造商Meyer Burger,其于2013年向市場發布SMWT(SmartWire縮寫)技術。Meyer Burger號稱與傳統5主柵技術相比,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,主柵和細柵之間的觸電多達2660個,在硅片隱裂和微裂部位電流傳導的路徑更加優化,因此由于微裂造成的損失被大大減小,產線的產量可提高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%。但是其設備造價極其昂貴,電池可靠性仍待批量驗證。
      
      幾種金屬化方法優缺點匯總如下表所示。
      
      HIT 電池金屬化方法優缺點比較
      
      小結
      
     ?、?HIT電池因其高效率和高穩定性,隨著5.31政策的收緊,未來市場份額有望超過此前預測5%-7%的份額,國內的產能已然增加很多。因此建議相應的低溫銀漿開發加快步伐,在競爭對手不多的情況下,盡快搶占市場份額;
      
     ?、?HIT電池金屬化核心需求是高電性能,穩定長期印刷性,合格的拉力;
      
     ?、?HIT電池金屬可以量產的新技術有電鍍和SMWT,但是短期內,絲網印刷仍將是主流技術。

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