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5、多主栅电池组件
技术逐渐成熟,组件可靠性提升
从金属电极遮挡电池减少有效受光面积,以及栅线材料银价格较高的角度考虑,栅线应越细越好。然而,栅线越细、导电横截面积越小、电阻损失越大。此外,组件内电池片之间由焊带与主栅相连,栅线的改动还涉及焊接工艺变化,因此栅线的设计需要在遮光、导电性及成本之间取得平衡。
近年来,随着硅片尺寸变大、网印技术改进、硅片成本下降导致正极银浆成本占比增加,多主栅技术难度越来越小而性价比日渐提升,多主栅(Multi-Busbar,MBB)甚至无主栅电池的市占率逐步提升,2017年起部分大厂开始推出多主栅电池片,预计未来将逐步成为主流。
组件可靠性提升。由于栅线密度增大,间隔小,即使电池片出现隐裂、碎片,多主栅电池功损率也会减少,仍能继续保持较好的发电表现。同时,焊接后焊带在电池片上的分布更为均匀,分散了电池片封装应力,从而提升了电池片的机械性能。
降电极电阻与遮挡,组件功率提升5-10W
多主栅电池片大多采用9/12条栅线设计,增加了栅线对电流的收集能力,同时有效地降低了组件工作温度,提高组件长期发电性能,组件效率可提高2.5%,功率可提升5-10W:
电池内栅线密化,电阻损耗降低。虽然电极变细使串联电阻提高,但多主栅技术通过增加栅线的数量,将栅线密化,减小了发射区横向电阻;通过增加栅线横截面积(减小栅线宽度,增加栅线高度),减小了导线电阻。每条主栅线承载的电流变少,电流在细栅上的路径变短,功率损耗得到有效降低。
有效受光面积增大。更细更窄的主栅设计有效地减少了遮光面积,有效受光面积增大。多主栅电池与5BB电池相比遮光面积大约减少3%。
圆形焊带的二次光反射效应增加电池光的吸收利用率。使用传统扁平/方型焊带时,焊带上方的入射光基本被反射损失掉,而圆形焊带上方的入射光经过玻璃二次反射可被电池片有效吸收利用,从而提高光生载流子的收集率。
量产难度稍高,银浆消耗量减少成本下降
与传统光伏电池片制造和组件封装相比,多主栅技术不需要额外的步骤就可以完成主栅电池/组件封装。其技术难点主要在于电池片分选、组件串焊、组件叠层三个方面,尤其是串焊过程中焊接对准和焊接牢度挑战较大。
电池串联为组件的过程中,需用焊带将一块电池片的主栅线与另一块电池片的背面焊接。主栅数量增加的同时,互联条宽度也需要做得更多、更细,焊接难度极大地增加,传统电池互联技术难以满足制作要求,需要有新的互联技术:
焊接法:最接近传统电池互联技术,在用设备升级改造即可实现。依然采用涂锡焊带在热焊接条件下实现电池片间的互联,焊带宽度下降到一定程度后截面制作为圆形。焊接法接近传统互联技术,在用设备升级改造即可用于多主栅组件生产。缺点在于良率可能降低,且高温过程导致其与异质结(HJT)电池技术、薄片技术不兼容。焊接法的代表厂商为Sch公司。
低温合金法:不需要印刷主栅,但成本较高。将18根甚至更多表面涂覆有低温合金的圆形铜线铺设于聚合物薄膜上,再和聚合物薄膜一起铺设于电池片上。表面低温合金会在层压过程中融化,并将电池片与金属线互联。虽然该技术不需印刷主栅,节省了银浆成本,但由于引入高价低温合金材料及聚合物薄膜等配套封装材料,制造成本相对较高。典型代表为MeryerBurger公司的SmartWire技术。
导电胶法:扁平状互联条遮光面积大,技术成熟度差。先将导电胶膜裁成条状并贴在电池片两面对应主栅的位置,再将互联条置于导电胶膜上,并通过约200℃的热层压过程将互联条和电池片层压在一起。导电胶的上胶方式包括胶膜、印刷、点胶到电池片或涂在互联条上,各类方式的制程温度都比较低,可以和HJT及薄片技术兼容。缺点在于导电胶对接触面积要求较高,互联条需为扁平状/长方形,遮光面积较大且允许的主栅数量有限。典型代表为Hitachi公司的CF技术。
预制互联网格法:采用弹性的金属网格代替传统的互联条。特指GTAT的Merlin技术。采用弹性金属网格代替条形互联条。金属网采用铜线汇流,浮动连接线维持金属网形状,与电池片互联方式包括热焊接、低温合金连接或导电胶连接。
电池成本:银浆消耗下降,但需要新的网版。由于多主栅电池经过重新设计,栅线数量增多,密度增大,因此需要更换新的工艺与装置。在电池制造环节,对成本的影响主要来自银浆消耗量以及新装置的采购与调整。
银浆消耗下降,带动电池片每片成本节省0.24元。由于栅线变细,电极银浆消耗量下降,12BB相比5BB银浆消耗至少可节省30%以上。目前,5BB电池片正银耗量约为110mg/片,12BB正银耗量约为70mg/片,仅在银浆环节,多主栅电池片每片成本即可节省0.24元,直接带动电池成本的下降。按每片电池4.5W估算降本幅度0.5元/W。
栅线宽度受制于网印工艺,需要新的网版。多主栅技术在电池制造环节依然采用丝网印刷工艺,但由于栅线的宽度受制于网印的工艺,因此需要新的网版。
组件层面:需搭配自动汇流焊接设备。在组件制作环节,多主栅技术基本上不需要增加额外的步骤就可以完成组件封装,但由于栅线焊点太多,手动焊接效率太慢,因此多主栅组件生产必须要搭配自动汇流焊接设备,以满足产能需求。叠层操作环节需要将电池串被放置在玻璃上,除此之外,使用15Cu线进行电池串互连及后续组件层压时,不需要对现有工艺进行大幅修改,也不会产生额外费用。
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