背接觸晶體硅光伏技術(shù)概述

1、MWT背接觸晶體硅光伏技術(shù)概述i引言目前主流的晶體硅太陽能電池和組件技術(shù)早在上個世紀90年代已經(jīng)基本成熟，性能和轉(zhuǎn)化效率的提高主要依賴于材料的改進和工藝細節(jié)的優(yōu)化，進一步提高的空間已經(jīng)越來越窄。電池和組件結(jié)構(gòu)的重大創(chuàng)新被越來越多的光伏研究機構(gòu)和企業(yè)所關(guān)注，背面鈍化（PERC電池、異質(zhì)結(jié)（HIT）電池和背接觸式電池等新型結(jié)構(gòu)的電池被認為是最有發(fā)展前景的幾種技術(shù)1-3,并逐步從實驗室走向量產(chǎn)線。目前晶體硅電池產(chǎn)品量產(chǎn)的轉(zhuǎn)化效率記錄一直被美國Sunpower公司的全背接觸式（IBC）電池所保持，其電池和組件的量產(chǎn)轉(zhuǎn)化效率分別達到22咐口20%A上，但其生產(chǎn)工藝過于復(fù)雜，生產(chǎn)成本較常規(guī)產(chǎn)品高出50%A

2、上，所以只適合應(yīng)用在一些面積有限的高端項目上。低成本的金屬纏繞（MWT背接觸技術(shù)和發(fā)射極穿透（EWT被越來越多的人所關(guān)注，其中MWTT接觸技術(shù)發(fā)展更快，已經(jīng)實現(xiàn)從實驗室階段向產(chǎn)線進行過渡，極具發(fā)展前景。荷蘭國家能源研究中心（ECN、德國夫瑯禾費太陽能研究所（FISE）及眾多光伏企業(yè)都對MWTF接觸技術(shù)進行了研究和開發(fā)，其技術(shù)路線和實現(xiàn)方法均有所差異，本文就其中主要的技術(shù)路線、實現(xiàn)方法和發(fā)展現(xiàn)狀做出系統(tǒng)的介紹。2 MWT背接觸電池技術(shù)如圖1所示，MWTF接觸電池技術(shù)是采用激光打孔、背面布線的技術(shù)消除了正面電極的主柵線，正面電極細柵線搜集的電流通過孔洞中的銀漿引到背面，這樣電池的正負電極點都分布在

3、電池片的背面，有效減少了正面柵線的遮光，提高了轉(zhuǎn)化效率，同時降低了銀漿的耗量和金屬電極-發(fā)射極界面的少子復(fù)合損失。正銀楣線siNx誠反膜p5i基區(qū)N+發(fā)射極銀電極點銀電極點鋁背場www.salarzccmcom圖1P型硅MWT電池結(jié)構(gòu)示意圖可以看出，和常規(guī)的H型電池相比，MWT電池在設(shè)計段給出了很多的靈活性，包括激光開孔的布局和數(shù)量、正面柵線和圖形設(shè)計和背面電極點的分布等等。其中最有代表性的兩種基本結(jié)構(gòu)分別是德國FISE提出的一種較簡單的仿H型布局4和荷蘭ECN提出的星形布局5,如圖2所示：&*LAR24j0M圖2(a)1£E提出的仿H型常規(guī)布局Cb)E£N要出的爵

4、景圖2(a)所示的布局實際上和常規(guī)H電池的布局看起來很相近，正面電極看起來仍然有三根較細的主柵線(寬度只有常規(guī)電池主柵線的10%,實際上每三根細柵線都連接到所謂主柵線的中心處，通過中心處的孔洞銀漿和背面的主柵線連接，實際上也就是把正面的主柵線移到了背面。這種設(shè)計看起來較為簡單，正面細柵線圖形基本沿用了常規(guī)H型電池的圖案，但為了減少細的主柵線的電阻損耗，每根主柵線上都需要1020個孔洞，總的激光打孔數(shù)量在3060個，過多的孔洞數(shù)量會增加打孔的時間，同時可能會對硅片產(chǎn)生損傷。圖2(b)是荷蘭ECN出的新型布局，每片硅片采用4X4共16個單元的重復(fù)單元對稱布局，每個重復(fù)單元的細柵線都匯聚到單元中心的

5、孔洞，進一步連接到背面的銀電極點，這種布局美觀大方，只需要16個分布均勻的孔洞，在產(chǎn)業(yè)界已經(jīng)被Solland、阿特斯和天威新能源等幾家企業(yè)所采用。在MWT電池制造方面，目前也有不同的方法和步驟，但一般都會增加激光打孔和孔洞保護等步驟，低功率、短波長的激光器打孔的質(zhì)量最好，熱損傷也很小，但速度慢、成本高，并不適合規(guī)?；纳a(chǎn)；高功率，長波長的激光器打孔速度最快，但熱損傷大，容易產(chǎn)生隱裂。如何選擇最佳的激光器的功率、波長和脈寬等參數(shù)是做好MWTfe池的第一步。除了激光打孔這個額外的步驟，實際上MWTI池和常規(guī)電池的工藝流程較為接近，當(dāng)然在細節(jié)方面還是有所差異，圖3是德國ISE研究所提出的一個p型硅

6、MWTfe池基本工藝流程5。激光開孔清洗制絨P擴散、發(fā)射極制備爾X減反膜裝鍍孔洞漿料填充、背面電極點印刷正面棚緋口刷.背面A1漿印刷烘干、燒結(jié)激光劃線隔離S4LARZOM國3口塑硅MWT電池基本工藝流灌窗一圖3所示的MWT電池工藝流程，和常規(guī)電池相比，在清洗制絨前增加了一道激光打孔工藝，此外還采用了雙面擴散和激光劃線隔離的方式，這種工藝曾經(jīng)在常規(guī)電池里面使用，但后來逐漸被單面擴散和濕法刻蝕技術(shù)所取代了。當(dāng)然MWTfe池也同樣可以采用改進后的工藝技術(shù)，需要注意的是孔洞里面發(fā)射極的保護，避免可能的漏電效應(yīng)，影響其可靠性。此外，因為MWT電池的正負電極都位于電池片的背表面，電性能的測試夾具需要特制。

7、經(jīng)過工藝優(yōu)化后的MWTI池效率較常規(guī)電池高0.3%0.5%,目前阿特斯、天威新能源、晶澳和南京日托等公司都宣稱實現(xiàn)了量產(chǎn)。3 MWT背接觸組件技術(shù)相比較MWTfe池制備技術(shù)，MWT電池產(chǎn)品封裝成組件的技術(shù)更為關(guān)鍵。常規(guī)的H型電池只需要用涂錫銅帶(焊帶)和電池片主柵線焊接來串聯(lián)相鄰電池片，而MWTfe池的正、負電極點都在背面，且不在一條直線上，無法用一根焊帶直線互聯(lián)，一個比較簡單的方法是在相鄰電池片之間增加一根匯流條，如圖4(a)所示：圖4(a)卑善間增加匯浦W相郡電池片嚏攆180度后直線互喊但這種方法在生產(chǎn)上也較為麻煩，日本的夏普公司發(fā)明了圖4(b)這樣的焊帶直接互聯(lián)方式6,關(guān)鍵點是電池片電極

8、采用特殊的非對稱布局，在串聯(lián)成組件時，相鄰的電池片沿中心旋轉(zhuǎn)180度后剛好可以實現(xiàn)正負極的直線互聯(lián)。其實從實際生產(chǎn)的角度，用傳統(tǒng)的焊帶焊接互聯(lián)MWTfe池并不十分合適，主要原因是MWTI池正負電極都在背面，單面焊接冷卻后產(chǎn)生的應(yīng)力會導(dǎo)致電池片彎曲弓片，容易破碎，而常規(guī)電池雙面對稱焊接造成的應(yīng)力可以彼此抵消。此外連通負極的焊帶還要考慮和電池片背鋁的絕緣隔離問題。針對這個問題，ECN等研究機構(gòu)提出一種全新的MWT電池互聯(lián)封裝方式7:基于導(dǎo)電背板的MWTI池封裝技術(shù)，如圖5所示。AK圖5基于金屬第管蚊的WWT電池封裝站品示意圖S*LARZi.OM.so!arzoom.ecm和焊帶焊接完全不一樣的是，

9、該互聯(lián)封裝方式是基于全新的金屬箔電路設(shè)計，每片電池片通過柔性的導(dǎo)電膠和金屬箔電路互聯(lián)從而自動形成完整的回路，這樣工藝步驟非常簡化：準備好導(dǎo)電背板-印刷或者點膠-EVA打孔鋪設(shè)-MWT電池片上料-上層EVA鋪設(shè)-玻璃鋪設(shè)-翻轉(zhuǎn)層壓-打膠裝框、裝接線盒。和常規(guī)組件相比，省去了復(fù)雜的高溫焊接過程，更容易實現(xiàn)自動化和更高產(chǎn)能，降低電池片的破碎率，甚至可以封裝超?。ㄗ畋?0um）的電池片，這對以后電池片成本的降低起到巨大的推動作用。從電性能來說，因為導(dǎo)電背板整塊組件的背面，金屬箔截面積遠大于細長形的焊帶，串聯(lián)電阻遠遠小于焊帶連接，進一步結(jié)合導(dǎo)電背板上的金屬箔圖形設(shè)計，使得工作電流均勻分布，只需要幾十微米

10、的銅膜或者鋁膜即可實現(xiàn)極低的電池片互聯(lián)功率損失，組件功率封裝損失較常規(guī)焊帶技術(shù)降低了2%4%此外，在組件戶外工作時，這層金屬膜同時可起到增強散熱的作用，實際工作溫度較常規(guī)產(chǎn)品低35?C,額外可多發(fā)2%勺電量。這種新型的封裝技術(shù)已經(jīng)逐步成熟，關(guān)鍵設(shè)備和關(guān)鍵材料也開始市場化，目前荷蘭EC明口南京日托都宣稱可向其他企業(yè)提供全套工藝技術(shù)轉(zhuǎn)讓和相關(guān)專利授權(quán)，南京日托同時可供應(yīng)低成本鋁基導(dǎo)電背板這種關(guān)鍵材料。4 MWT背接觸技術(shù)最新進展在過去的幾年，MWW接觸技術(shù)發(fā)展很快，多晶MWfe池平均效率達到18.2%18.5%,單晶MWT電池平均效率也在20吐右，而且MW技術(shù)還幾乎可以融合目前可能的其他產(chǎn)業(yè)化新技

11、術(shù)，包括PERCN型和黑硅技術(shù)等，疊加起來的效果甚至要好于單個技術(shù)增益的相加。目前很多國際國內(nèi)光伏廠商都對MW灣接觸技術(shù)給與了重點關(guān)注和濃厚興趣，阿特斯、天威新能源和英利等大型光伏企業(yè)都先后和荷蘭ECN作，其中阿特斯和天威新能源已經(jīng)宣布實現(xiàn)了一定規(guī)模的量產(chǎn)，英利也在展會上展示了其N型高效MW電池組件的木品。在2014年上海光伏會展中，新成立的南京日托光伏科技有限公司首次亮相并展示了其自主知識產(chǎn)權(quán)的5X5新型MW龜池設(shè)計，60片電池的單、多晶MWT1件主流功率分別達到300Wfn270WO上，對應(yīng)的組件轉(zhuǎn)化效率更高達18.9%和17%同時外觀十分精美，引起市場廣泛關(guān)注。其超高功率的單晶組件主要是使用了結(jié)合PERCa術(shù)的MWT電池（電池車t化效率21%，更有意思的是其進一步展示了使用超薄單晶硅片（130um）的高效MWT電池組件，組件每瓦的生產(chǎn)成本因此降低了0.4元/瓦，這將有可能改變目前市場上單、多晶電池的市場格局，同時對常規(guī)產(chǎn)品形成了替代性的優(yōu)勢。5結(jié)語在光伏行業(yè)產(chǎn)能過剩和惡性競爭造成行業(yè)低谷的今天，只