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索比行研:超薄硅片、可结合异质结&TOPCon,“电池+组件”技术MWT的现状与潜力

发表于:2021-02-09 12:17:22     作者:索比咨询

来源:索比光伏网

2月5日中国光伏行业协会在工信部指导下编制完成《中国光伏产业发展路线图2020》(以下简称《路线图》)发布,由行业权威专家和学者共同执笔编制完成,不仅提出了技术发展方向,也包含了产业、市场等多方面信息,反映了现阶段专家、学者和企业家们对光伏产业未来发展的共识。

值得关注的是,《路线图》专门对MWT(金属穿孔缠绕)背接触技术和产品做了分析和预测,从中可以看出MWT背接触技术引起越来越多的行业关注,其产品市场份额也在稳步提升当中,以下我们就《路线图》中提出的一些行业发展趋势来看一看未来MWT技术和产品的发展方向及潜力。

MWT奇特之处

一种“电池+组件”的技术

在众多光伏电池和组件技术中,MWT显得比较奇特,技术横跨电池与组件环节,也正因为如此,只做电池或组件很难做好MWT技术。

MWT,即metal WrapThrough, 金属穿孔缠绕,可与PERC.TOPCon.HJT等其他技术良好兼容,实现优势叠加。与常规光伏技术相比,MWT区别在于其采用激光打孔、背面布线的方式消除了正面电极的主栅线,仅保留正面细栅线,其搜集的电流通过孔洞中的银浆引到背面,使得电池的正负电极点都分布在电池片的背面,应用导电背板实现电池片互联,因此MWT产品可以减少正面主栅线的遮挡,提升转换效率。

而无焊带的设计也避免了焊接应力和微隐裂导致的性能衰减,同时,平面二维封装的组件结构,能降低串联电阻和组件工作温度,提高可靠性,顺应硅片薄片化的趋势,也更具备柔性产品设计及制造的特点。

工艺优势

MWT更好顺应薄片化趋势

 


 

首先,众所周知,薄片化有利于降低硅耗和硅片成本,切片工艺完全能满足薄片化的需要,但硅片厚度还要满足下游电池片、组件制造端的需求。目前多晶硅片平均厚度在180um,P型单晶硅片和TOPCon电池的N型单晶硅片厚度都在175um,用于异质结电池的硅片厚度可降到150um,用于MWT和IBC这两种背接触技术的电池最低可降到130um,相比较常规电池硅成本可降低20%以上。

MWT背接触技术为何可以使用如此超薄的硅片?我们可以从其电池组件独特的封装结构来看:

 


 

如图(1)所示,常规电池组件一般都采用焊带对电池片进行单焊和串焊,焊带一般采用厚度200um以上的扁平涂锡铜带或者直径300um以上的圆形焊带,焊接温度在300°C左右,刚性的焊带和高温焊接过程必然导致了大的焊接应力,越薄的电池片越容易出现破损和隐裂,所以当硅片电池厚度降低到180um以下时,通过工艺优化和改进来降低硅片厚度越来越难,从《路线图》上也可以看出每2年大概只能降低5um左右,这个也导致了常规电池组件主材的硅成本降低空间非常缓慢。

相比较常规技术,MWT电池无主栅线,减少了3%~4%的正面遮光损失;MWT电池封装成组件时,如图(2)所示,采用“导电背板+柔性导电胶+低温固化”的方案取代了常规的“涂锡铜带+助焊剂+高温焊接”的方案:

A

●一方面降低了70%的电池片互联产生的串联电阻。

B

●另一方面避免了高温焊接带来的应力、焊接不良和隐裂等诸多问题,大幅提升了组件在实际应用中的稳定性和可靠性,并且这种无焊接应力的电路板先进封装方式特别适合于超薄硅片电池的应用。

据行业现有唯一GW级MWT组件量产规模的日托光伏测试,MWT组件封装最薄可兼容100um左右的超薄电池片,而现在该司GW级大规模量产的MWT+PERC电池使用单晶硅片厚度为150um左右,后续将进一步推广使用130-140um的更薄硅片,远远领先于行业硅片厚度降低幅度。

MWT、异质结、TOPCon

效率提升趋势

再看各类型电池的光电转换效率和市场份额预测,如《路线图》中的表2和图30所示:

 


 

 


 

PREC单晶电池在2020年已经成为行业主流常规产品,量产转换效率达到23%后进一步提升的空间较为有限,而更高效电池基本集中在TOPCon电池、异质结(HJT)电池和背接触(MWT/IBC)电池上,其转换效率目前可以达到24%,未来甚至能提升到接近26%,这个也代表着行业产业化技术的发展方向。进一步结合产业化的市场预测,《路线图》表明目前PERC电池市场占有率最大,并将在未来3-5年保持市占优势,异质结电池次之,TOPCon电池第三,但三者在效率上的差距非常小,我们认为未来三种电池的竞争关键点不在于效率,而是成本。

MWT作为“电池+组件”的混合技术,可以实现和以上三种电池技术的结合优化。

MWT+PERC电池只增加道激光开孔供需,良率和常规PERC几乎一致,同时由于能使用超薄硅片,生产成本并不增加甚至在特定情况下会略低。

同样MWT也可以用于HJT电池。据荷兰应用科学研究组织(TNO)称,MWT + HJT光伏组件比传统的异质结组件的发电转化效率提升了4%。日托也在2019年7月公开了MWT异质结专利。

并且日托光伏透露下一代MWT+HJT电池将直接采用110-120um超薄单晶N型硅片,对于N型电池技术普遍遇到的N型单晶硅片成本过高的问题具有巨大的价值。

并且我们从日托光伏了解到,MWT电池还可以降低银浆耗量,结合超薄硅片应用,在提升转换效率同时还有巨大的降本空间,可以获得更高效率和更低成本的双重优势,尤其是下一代的MWT+HJT电池优势将更加显著。

MWT版型优势

与大尺寸硅片适应性分析

 


 

最后再看一下《路线图》对未来组件功率的预测,目前采用M6硅片的72版型PERC单晶组件是市场主流产品,额定功率在450-455W,而基于182mm和210mm的大尺寸硅片的电池组件额定功率在540W-545W,其功率提升主要归功于大尺寸电池导致的更大组件面积。值得注意的是,即便采用常规M6硅片,组件面积相似的MWT+PERC组件比常规PERC组件提升了15W左右,这个实际上就是MWT带来的额外功率增益,包括消除了主栅线/焊带遮光损失、降低互联串阻损失和无效发电面积等,导致了MWT+PERC组件功率和TOPCon组件及异质结组件处于同一水平线,但生产成本却相对较低,性价比优势较为明显。

同时MWT+组件完全可以和大尺寸硅片结合,在大尺寸产品上功率优势将更加明显。并且日托光伏还透露即便基于现有的常规M6硅片,通过电池片数量和排版的设置,同样可以开发量产500W+甚至600W+的大功率组件,而且因为其电路板互联结构的设计灵活性,通过串并联电路的设置,可以调节大功率组件的输出电流和电压值。

MWT的挑战及前景展望

虽然MWT技术有着诸多优势,但同样存在两点需要解决的障碍:

● 首先是MWT组件由于背面放导电背板,目前难以实现双面发电,因此目前多如IBC技术一样,用于一些高端住宅和BIPV等单面项目,但MWT的技术特性,可以助力PERC、HIT和TOPCon等技术实现单面的效率极致,在地面电站项目中也具备一定的竞争力。索比咨询认为,MWT企业未来会首先主打BIPV、住宅、应用、汽车(高发电量与超薄硅片可弯曲封装)等市场,在细分市场巩固优势后,进一步用极致的单面与双面组件在地面项目中开展竞争。

● 另外,曾有多家研究机构和企业涉足MWT技术的研究,但时至今日,虽然有几家企业购置了试验生产线,但实现量产的只有日托光伏一家企业,导致行业话语权不高、客户认知度不够没办法写进招标文件以及规模效应不强等问题。MWT工序并不复杂,但工艺难度较大,而且从技术思路上与传统技术不同,研发人员要同时懂得电池与组件技术以及相应的装备工艺,人才缺乏。在其它技术路线都在扩产的情况下,MWT应该在5GW-10GW以上的规模,将具备更强的竞争力。

总而言之,通过对刚刚发布最新版的《路线图》的解读,我们可以看到MWT背接触技术具有多项独特的优势,发展空间和潜力非常大,进一步结合我们对已成功完成MWT技术市场化和产业化探索的企业——日托光伏的调研,可以判断,MWT技术不仅在提升电池效率和组件功率方面有明显的优势,而且在降低硅片成本和银浆成本等方面空间更大,并且未来和HJT技术的叠加将会扩大这两方面的优势。

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