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亚化咨询:PERC效率突破24%,金属化浆料有哪些机遇和挑战?

2019-02-15

2019年1月消息,隆基乐叶宣布,经中国国家太阳能光伏产品质量监督检验中心(CPVT)测试认证,其单晶双面PERC电池正面转化效率达到24.06%,是商业化尺寸PERC电池效率首次突破24%,就此打破了行业此前认为的PERC电池24%的效率瓶颈,再次成为新世界纪录的创造者。


不断刷新的PERC电池效率纪录


PERC(Passivated Emitter and Rear Cell)电池通过使用背面钝化技术,降低背表面复合,并增强光线在硅基的内部反射,是一种可以有效地提高电池片效率的高效电池结构。光伏产业对PERC技术的积极投入,使得PERC电池效率持续攀升。


近年来,PERC电池转换效率的世界纪录被不断刷新,展现了PERC强大的生命力。2017年以后,PERC电池效率纪录由晶科能源和隆基乐叶交替打破和保持。目前多晶PERC和单晶PERC电池的世界纪录分别由晶科能源和隆基乐叶创造,分别达到22.04%和24.06%。


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不断打破世界纪录的PERC电池转换效率


除了实验室效率不断突破外,PERC产线量产效率也在逐步提升。亚化咨询研究表明,2019年单晶PERC电池主流量产效率将在22%以上。此次隆基乐叶PERC电池效率突破24%,充分验证了PERC技术巨大的效率提升潜力和市场前景,也表明量产型PERC电池的效率达到24%的可能性是存在的。可见,PERC电池转换效率仍有进一步突破的空间。


PERC对浆料及金属化工艺不断提出更高的要求


金属化是晶硅太阳电池生产的关键步骤,导电浆料是电池效率提升的关键材料。对PERC电池而言,由于PERC电池的背面结构不同于常规晶硅电池结构,要求浆料具有较宽的烧结工艺窗口,降低烧结温度;PERC背银要不能烧穿背钝化层并有良好的拉力表现,以及良好地匹配PERC铝浆。


然而,随着PERC技术的不断进步与发展,对浆料及金属化工艺不断提出新的挑战。


首先,PERC背钝化镀膜工艺路线愈发多样化。目前,用于PERC电池量产的AlOx钝化膜沉积方法主要有原子层沉积法(ALD)和等离子化学气相沉积法(PECVD)。其中,根据设备形式的不同,PECVD沉积工艺设备包括板式PECVD和管式PECVD,ALD沉积工艺设备也主要分为管式ALD和板式ALD,值得注意的是,在管式ALD工艺下,还分为单插片与双插片的区别,即双面镀膜和单面镀膜的差异。在2018年的新增PERC产能中,以双面氧化铝钝化技术为代表的管式ALD(单插片)工艺路线被多家一线企业采用,如通威、东方日升、横店东磁等。


由于管式单插片ALD技术采用AlOx同时钝化PERC电池的正面和背面,因此对金属化工艺提出了更高的要求。浆料需匹配双面钝化膜,烧穿正面的AlOx膜的同时,还要保证良好的接触性能及合格的拉力水平。为了满足新工艺对浆料的要求,硕禾,聚和及三星等浆料企业迅速响应并开发出适用于此工艺的正面银浆产品,并得到了市场的检验。有了金属化配套,通威,日升等一线大厂在未来的扩产道路上会继续选择ALD作为主要的单晶PERC配套技术。


其次,为了进一步提效,激光掺杂选择性发射极(SE)技术已被大规模应用于PERC产线,晶科、隆基、晶澳、通威、爱旭等一线企业均有采用。该技术在金属栅线与硅片接触部位及其附近进行高浓度掺杂,而在电极以外的区域进行低浓度掺杂。这样既降低了硅片和电极之间的接触电阻,又降低了表面的复合,提高了少子寿命。该工艺只需在PERC产线上增加掺杂用激光设备即可实现,可使PERC电池有0.3%的效率提升,让量产效率突破22%。


但在实际的大规模生产中,仍然存在着扩散高方阻的均匀性、轻重掺杂区方块电阻匹配和印刷正电极的精确对位等问题,需优化正面掺杂,降低金属接触区域的复合,优化正背面钝化与金属化接触。例如:为了匹配SE工艺进行精准对位,大部分电池企业使用高目数网版(如380,430,480…)来替代近两年大热的无网结网板技术;通过目数的提高以及线宽的缩窄,提升印刷分辨率的同时降低印刷耗量,提效的同时持续降低金属化成本;而对于印刷条件的改变,浆料企业需要解决,如何在常规张网角度的网版上实现更窄的线宽印刷,还能保证不发生EL断栅问题。


此外,双面PERC已成为PERC技术的重要发展方向。PERC是最简单和最具成本效益的双面结构,仅需改变PERC电池的印刷工艺,背面由全铝层改为局部铝层,即可实现双面光电转换功能。双面PERC对背面铝浆和金属化提出了特殊工艺要求:(1)背面印刷精度较单面PERC电池的要求略高;(2)背面需丝网印刷铝栅线,对铝浆提出了更高的要求——需具备良好接触处局域填充效果及厚度适合的铝背场,铝栅线烧结后需具有一定的高宽比。


可见,双面PERC电池在几乎不增加成本的情况下实现双面发电,显著地降低了光伏系统的度电成本,极大地增强了PERC技术的竞争力与未来发展潜力。


PERC产能的大规模扩张为金属化浆料带来发展机遇


制造工艺的成熟和较低的资本投入使PERC电池产能易于扩张,加上下游市场对高功率组件的需求,光伏行业积极扩张PERC电池产能。2018年全球太阳电池产能约160GW,其中PERC电池产能达65GW。在2018年新建或升级的P型晶硅太阳电池产线中,基本都采用了PERC技术。


PERC的技术优势还体现在与其他高效电池和组件技术的兼容性,通过与多主栅、选择性发射极、先进陷光和钝化接触等技术的叠加,PERC电池效率可以进一步提升。可以预见,PERC技术将替代常规晶硅电池技术,成为晶硅电池发展的主流技术,这将为适用于PERC工艺的正面银浆、背面银浆和背面铝浆带来巨大的市场机遇。


对于浆料企业,要不断进行技术储备和研发创新,并通过与下游太阳能电池企业密切合作,紧跟不断升级的PERC电池技术,设计与其适配的浆料来实现电池效率的突破,并实现客制化需求服务,以扩大市场份额。