光伏电池效率提升之路在何方？

伴随着中国政府对光伏产业的大力扶植，近两年国内太阳能光伏行业正逐渐走出欧美对华光伏“双反”的阴影。在2013-2014年里，中国光伏市场新增装机量已然位居全球首位。而随着多晶硅价格不断下降，晶硅电池技术不断推陈出新，光伏电池的成本不断降低，转换效率不断提高，使得晶硅光伏电池牢牢掌控了光伏市场的主导权。

光伏技术的不断革新，是推动光伏行业快速发展的基石。8月12日，杜邦微电路材料应用技术主管杜鹏及应用技术工程师南亚雄做客OFweek在线语音研讨会，与网友分享如何提升电池转化效率、晶硅电池技术改进等业界十分关心的问题，并与网友进行了深入的交流和探讨。

1.太阳能电池市场发展趋势

大家知道，太阳能电池转换效率是整个太阳能光伏发电技术的核心。随着局部背钝化电池（Passivated Emitter Rear Cell， PERC）技术和转化效率的提升以及其商业化进程的加快，2016年PERC电池的市场份额有望进一步扩大。而技术的改进升级使N型电池的转化效率可增长至21.5%。生产成本的下降以及良品率的提高，也有助于N型太阳能光伏电池市场规模在未来三年内的快速提升。

多晶硅价格的连续下降，太阳能电池的制造成本中导电浆料的成本相对上升。作为导电浆料领先的研发生产商，杜邦认为当下电池技术主要突破点在于导电浆料的技术改进。上一代杜邦? Solamet? PV18x导电浆料的使用可以提高0.15%的太阳能电池效率。不过，这其中依然有提升的空间，特别是配合PERC等新型电池结构的浆料开发。本次在线研讨会上，南亚雄介绍了最新升级的杜邦? Solamet? PV76x正面银浆、Solamet?  PV36x铝浆、PV56x背面银浆--全套完整的PERC浆料解决方案。该系列导电浆料拥有更宽的烧结窗口、更好的低温烧结特性及更为优异的细线印刷能力等特点，可协助PERC电池提升0.15%以上的电池转换效率。

而作为本次研讨会的主要讨论对象，包括杜邦? Solamet? PV76x正面银浆在内的全套完整的PERC浆料解决方案受到了业内人士的广泛关注。

2. 新一代杜邦? Solamet? PV76x的技术优势

在晶硅太阳能光伏产业中，电池技术是重中之重。良好的电池性能决定了整个光伏电站的运行效率。而作为新一代的电池技术，杜邦? Solamet? PV76x正面银浆、Solamet? PV36x铝浆、Solamet? PV56x背面银浆全套完整的PERC浆料方案，成功地将多晶背钝化电池转换效率提升至19.6%的水平。在60片多晶组件上可达到286瓦的高输出功率，为业界该类型太阳能组件的最高水平。相较于其他晶硅电池，PERC电池还具有以下几方面的优势：

（1） PERC电池表面光生电子-空穴对的复合速率极小；

（2） PERC电池内内部反射率增加，保证对入射太阳光的充分利用；

（3） 具有较高的开路电压、短路电流和电池转化效率。

不仅如此，随着电池浆料印刷、扩散工艺的进一步提升，杜邦? Solamet? PV76x系列还具有广阔的的优化提升空间。同时相对于其他新型电池结构来讲，PERC电池技术对于现有产线的改动较小，只需要增加相关钝化设备、激光设备等，背部抛光可以根据自身工艺需要进行配备。整体而言，对于现有产线的兼容性很高。

3. 杜邦? Solamet? PV76x优势如何体现？

3.1 杜邦? Solamet? PV76x宽的工艺窗口和良好的低温烧结特性

在PERC电池一开始的开发、量产过程中，各大厂商直接采用常规电池用的正面银浆进行测试、生产，达到了基本的使用效果。但随着整套生产工艺的匹配、优化，大家逐渐发现，常规电池用的正银在一定程度上限制了PERC电池效率潜力的发挥。其中最重要的一点就是往低温方向的烧结窗口不够宽，烧结窗口整体偏向高温，对钝化层带来了损伤。同时从局部BSF形成中Al-Si互扩散的角度来讲，高温会加剧背部空洞的形成。而这些也是Solamet? PV76x正银开发的一些考量点。

下方的箱线图是Solamet? PV76x系列正银在实际烧结过程中的表现。左边蓝色是对照浆料，右边红色是Solamet? PV76x浆料。可以看到不同烧结温度下Solamet? PV76x浆料的接触电阻相对于对照浆料都有明显的改善，而且相当稳定。这幅图只扫描了从885℃ 到915℃，30度的温度范围。下面这幅图进一步拉大温度扫描的范围，从870℃到930℃，在60度的温度范围内Solamet? PV76x浆料都有着非常稳定的填充表现，烧结窗口非常宽，低温方向的表现非常的优秀。而对照浆料在低温方向上填充因子已经掉得非常厉害。良好的低温烧结表现可以有效减少钝化层损伤和背部铝浆空洞，来进一步提升电池效率、改善可靠性。

从下方某客户在使用Solamet? PV76x浆料时的实际烧结曲线也显示出Solamet? PV76x相对于常规正银可以在低30-40℃的温度下进行烧结。在较低的烧结温度下对于更低表面浓度和上到110Ohm的方阻上都有着良好的接触，扩散匹配窗口很宽。

从下方某客户在使用Solamet? PV76x浆料时的实际烧结曲线也显示出Solamet? PV76x相对于常规正银可以在低30-40℃的温度下进行烧结。在较低的烧结温度下对于更低表面浓度和上到110Ohm的方阻上都有着良好的接触，扩散匹配窗口很宽。

杜邦? Solamet? PV76x系列PERC正银的烧结曲线

3. 2 杜邦™ Solamet® PV76x优异的印刷性能

业内众多人士对导电浆料技术最先关注的问题往往都围绕着浆料的印刷性能。印刷性能是否优异，反映了印刷后栅线的形貌控制能力。这项数据通常表征的方式是栅线的宽度、高度及二者的比值。这项指标直接影响电池的转换效率，因此备受技术人员重视。

以35µm网版线宽设计为例，新的浆料可以提升超过15%的高宽比。 杜邦™ Solamet® PV76x系列浆料在高宽比方面的优势，使得在细线设计下填充因子上升及栅线导电性增强。而将印刷网版线宽降低到30µm时，杜邦™ Solamet® PV76x系列浆料依然表现出良好的细线印刷能力。整体表现为以下四类优势：

（1）减少细线油墨扩线

（2）细线更清晰，分辨率高

（3）表面平整度更佳

（4）无一般的印刷EL缺陷

杜邦™ Solamet® PV76x系列在单晶硅片上也具有良好的栅线分辨率。下面这四张照片是对照浆料在不同客户的单晶片上印刷烧结后的形貌，可以看到同样的浆料在不同单晶片上的线宽控制和边缘分辨率差别很大。下面四幅图是Solamet® PV76x 浆料在不同客户单晶片上的印刷、烧结表现。可以看到Solamet® PV76x浆料在不同客户的单晶片上均有着非常好的栅线分辨率和一致性，这一方面有助于减少遮光，提升短路电流，另一方面也可以改善电池外观。

　　4 杜邦™ Solamet® 系列浆料材料特性

　　4.1 杜邦™ Solamet® PV76x系列PERC电池专用正面银浆

上图是 Solamet® PV76x浆料在客户端实际测试的电性能数据，Solamet® PV76x系列浆料在PERC电池可以实现>0.1%的效率增益。这一方面得益于良好的低温烧结特性，减少了钝化层的损伤，提升了开路电压。同时，优异的细线控制能力改善了短路电流，良好的高宽比改善了栅线电阻率，使填充因子也得到了改善。

　　4.2 杜邦? Solamet? PV56x系列PERC电池专用背面银浆

　　上图是光束诱导电流（Light Beam Induced Current，LBIC） 测试数据，可以看到在不同波长下， Solamet? PV56x背银覆盖区域的复合特性相对于常规背银都有非常明显的改善，最终贡献到电池的开路电压，协助客户实现0.05%左右的效率增益。这样良好的电性能表现和在钝化层上良好的拉力，在过去两年已经经过了客户量产的长期验证，并得到了客户广泛的认同。

4.3 杜邦? Solamet? PV36x系列PERC电池专用背面铝浆

　　Solamet? PV36x铝浆是整个金属化方案中最早推出的产品。上面两幅图展示了Solamet? PV36x和EVA之间非常强的拉脱力，满足客户在各种测试条件下对于拉力的需求。下面两幅图展示了Solamet? PV36x铝浆对于背部空洞的有效控制，配合Solamet? PV76x正银的低温烧结工艺，可以进一步改善。

5. 杜邦? Solamet? PV76x系列取得市场认可和厂商验证

杜邦? Solamet? 整合金属化解决方案在多晶PERC太阳能电池的适用性在杜邦与升阳光电公司合作中得到了充分的验证。在升阳光电生产的太阳能电池上采用了Solamet? PV76x/PV56X/pv36X浆料后，电池的转化效率达到了19.65%，从而显示出杜邦? Solamet? 整合金属化解决方案确实可以提升PERC电池的转化效率。升阳光电公司最近研发的“蓝宝石”系列多晶硅光伏组件，在60片封装的情况下达到了290W的功率。

此外，元晶太阳能公司持续与杜邦在PERC正银和背银开发过程中进行合作测试及优化，电池效率增益达到0.15%，最终实现了大于21%的单晶PERC电池效转换率。其最新推出的V系列60片封装组件达到了大于300W的功率，72片封装组件达到了大于360W的功率。

6. 结语

据预测，在2016年PERC电池将会大量进入市场。与此同时，光伏市场对于PERC电池的专用金属化解决方案有着强烈的需求，针对高效PERC电池的杜邦? Solamet? 整合金属化解决方案也将促进PERC市场的快速发展。