2015-05-14 | 編輯:Gillzyb 4112 瀏覽人次

MWT背接觸晶體矽太陽能技術概述

1、MWT背接觸電池技術是什麼?

技術定義:採用鐳射打孔、背面佈線的技術,消除正面電極的主柵線,正面電極細柵線搜集的電流通過孔洞中的銀漿引到背面,電池的正負電極點都分佈在電池片的背面,有效減少正面柵線的遮光,提高轉化效率,同時降低銀漿的耗量和金屬電極-發射極介面的少子複合損失。如下圖所示:

優點:和常規的H型電池相比,MWT電池在設計段給出了很多的靈活性,包括鐳射開孔的佈局和數量、正面柵線和圖形設計和背面電極點的分佈等等。

最有代表性的兩種基本結構:德國FISE提出的一種較簡單的仿H型佈局、荷蘭ECN提出的星形佈局,如圖2所示:

圖2(a)所示的佈局實際上和常規H電池的佈局看起來很相近,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。

這種設計看起來較為簡單,正面細柵線圖形基本沿用了常規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10~20個孔洞,總的鐳射打孔數量在30~60個,過多的孔洞數量會增加打孔的時間,同時可能會對矽片產生損傷。

圖2(b)是荷蘭ECN提出的新型佈局,每片矽片採用4×4共16個單元的重複單元對稱佈局,每個重複單元的細柵線都彙聚到單元中心的孔洞,進一步連接到背面的銀電極點,這種佈局美觀大方,只需要16個分佈均勻的孔洞,在產業界已經被Solland、阿特斯和天威新能源等幾家企業所採用。

在MWT電池製造方面,目前也有不同的方法和步驟,但一般都會增加鐳射打孔和孔洞保護等步驟,低功率、短波長的雷射器打孔的品質最好,熱損傷也很小,但速度慢、成本高,並不適合規模化的生產;高功率,長波長的雷射器打孔速度最快,但熱損傷大,容易產生隱裂。如何選擇最佳的雷射器的功率、波長和脈寬等參數是做好MWT電池的第一步。

除了鐳射打孔這個額外的步驟,實際上MWT電池和常規電池的工藝流程較為接近,當然在細節方面還是有所差異,圖3是德國ISE研究所提出的一個p型矽MWT電池基本工藝流程。

圖3所示的MWT電池工藝流程,和常規電池相比,在清洗制絨前增加了一道鐳射打孔工藝,此外還採用了雙面擴散和鐳射劃線隔離的方式,這種工藝曾經在常規電池裡面使用,但後來逐漸被單面擴散和濕法刻蝕技術所取代了。當然MWT電池也同樣可以採用改進後的工藝技術,需要注意的是孔洞裡面發射極的保護,避免可能的漏電效應,影響其可靠性。此外,因為MWT電池的正負電極都位於電池片的背表面,電性能的測試夾具需要特製。經過工藝優化後的MWT電池效率較常規電池高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了量產。

2、MWT背接觸模組技術是什麼?

相比較MWT電池製備技術,MWT電池產品封裝成模組的技術更為關鍵。常規的H型電池只需要用塗錫銅帶(焊帶)和電池片主柵線焊接來串聯相鄰電池片,而MWT電池的正、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,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:

但這種方法在生產上也較為麻煩。日本的夏普公司發明了圖4(b)這樣的焊帶直接互聯方式,關鍵點是電池片電極採用特殊的非對稱佈局,在串聯成模組時,相鄰的電池片沿中心旋轉180度後剛好可以實現正負極的直線互聯。

從實際生產的角度,用傳統的焊帶焊接互聯MWT電池並不十分合適,主要原因是MWT電池正負電極都在背面,單面焊接冷卻後產生的應力會導致電池片彎曲弓片,容易破碎,而常規電池雙面對稱焊接造成的應力可以彼此抵消。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等研究機構提出一種全新的MWT電池互聯封裝方式:基於導電背板的MWT電池封裝技術,如圖5所示。

和焊帶焊接完全不一樣的是,該互聯封裝方式是基於全新的金屬箔電路設計,每片電池片通過柔性的導電膠和金屬箔電路互聯從而自動形成完整的回路。這樣工藝步驟非常簡化:準備好導電背板-印刷或者點膠-EVA打孔鋪設-MWT電池片上料-上層EVA鋪設-玻璃鋪設-翻轉層壓-打膠裝框、裝接線盒。

優點:和常規模組相比,省去了複雜的高溫焊接過程,更容易實現自動化和更高產能,降低電池片的破碎率,甚至可以封裝超薄(最薄90um)的電池片,這對以後電池片成本的降低起到巨大的推動作用。

從電性能來說,因為導電背板整塊模組的背面,金屬箔截面積遠大於細長形的焊帶,串聯電阻遠遠小於焊帶連接,進一步結合導電背板上的金屬箔圖形設計,使得工作電流均勻分佈,只需要幾十微米的銅膜或者鋁膜即可實現極低的電池片互聯功率損失,模組功率封裝損失較常規焊帶技術降低了2%~4%。

此外,在模組戶外工作時,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產品低3~5攝氏度,額外可多發2%的電量。這種新型的封裝技術已經逐步成熟,關鍵設備和關鍵材料也開始市場化。目前荷蘭ECN和南京日托都宣稱可向其他企業提供全套工藝技術轉讓和相關專利授權,南京日托同時可供應低成本鋁基導電背板這種關鍵材料。

3、 MWT背接觸技術的最新進展

多晶MWT電池平均效率達到18.2%~18.5%,單晶MWT電池平均效率也在20%左右,且MWT技術還幾乎可以融合目前可能的其他產業化新技術,包括PERC、N型和黑矽技術等,疊加起來的效果甚至要好于單個技術增益的相加。

目前,很多國際國內太陽能廠商都對MWT背接觸技術給與了重點關注和濃厚興趣,阿特斯、天威新能源和英利等大型太陽能企業都先後和荷蘭ECN合作,其中阿特斯和天威新能源已經宣佈實現了一定規模的量產,英利也在展會上展示了其N型高效MWT電池模組的樣品。

原文作者:路忠林,李質磊,盛雯婷,張鳳鳴(本文有刪減)

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