无主栅技术介绍
传统晶体硅太阳电池制备工艺中，太阳电池正面的金属电极会遮挡部分受光面积，导致这部分太阳光被反射，无法转换成电能，所以光伏行业希望太阳电池正面的栅线越细越好。但栅线设计的越细，导电过程中的电阻损耗也就越大，因此，传统晶体硅太阳电池的主栅和副栅遵循的设计原则是在遮光和导电之间取得平衡。在工艺不受限制的前提下，如果主栅宽度根据其数量进行优化，光伏组件的光电转换效率也会随着主栅数量的提高及宽度的减小而升高。因此，为了进一步挖掘通过提高主栅数量来提高光伏组件光电转换效率的潜在能力，可以将主栅的汇流及焊接功能区分开，由此可以产生数量更多、宽度更细的主栅 [2]。因此，可以制作更细的主栅和更薄的副栅，甚至可以让主栅消失不见，以焊带 ( 铜线 ) 作为太阳电池正面的主栅直接连接到其相邻太阳电池背面的副栅上。这样不仅完成了电流的汇集，还可以实现太阳电池互连，相当于在太阳电池层面取消了传统意义上的“主栅”，因此将此类技术称为无主栅技术，采用此技术的太阳电池即为无主栅太阳电池 [3]。此类太阳电池在增加受光面积的同时很大程度上缩短了电流在副栅上传导的距离；此外，价格低廉但导电性较弱的材料也可以应用在此类太阳电池和光伏组件中，不仅可以提高太阳电池的光电转换效率，还可以大幅降低其生产成本。
无主栅技术的发展历程及现状
“无主栅”的概念是由加拿大 Day4 Energy公司于 2008 年 提 出， 且 该 技 术 获 得 了 Day4Electrode 专利，大幅推动与改变了太阳电池的表面金属化及太阳电池之间的互联工艺。在传统的太阳电池制备过程中，利用等离子体增强化学气相沉积 (PECVD) 法镀制减反射层工序后，采用丝网进行副栅及主栅的印刷。而加拿大 Day4 Energy 公司提出的新工艺则不再进行
主栅印刷，而是采用 1 层内嵌铜线的聚合物薄膜( 即铜线导电膜 ) 直接覆盖在太阳电池表面，随着后续层压工艺的进行，一定的层压压力及温度可将导电铜线和丝网印刷的副栅连接在一起，同时完成层压；而铜线的一端会汇集在汇流带上。2011 年，无主栅技术在德国 Roth & Rau公司的异质结太阳电池中成功应用，最终制备的异质结光伏组件的量产光电转换效率达到了19.3%。随后在 2012 年，加拿大 Day4 Energy 公司将无主栅技术转让给了瑞士 Meyer Burger 公司，该技术更名为“SmartWire”。目前 ( 截至本文定稿时间 ) 全世界范围内使用该技术的光伏组件已有 200 MW 的安装容量。与传统的主栅技术相比，SmartWire 技术通常采用圆形焊带，其对光伏组件受光面积的影响较少，可以降低电阻损失，使光伏组件的峰值功率提高约 3%，同时太阳电池的银浆用量可以减少 80%。2012 年，德国 Schmid 公司也发布了其无主栅技术——Multi Busbar。此技术直接将铜线铺设在太阳电池表面，而不是内嵌在聚合物薄膜中；另外，该技术对丝网印刷工序的副栅网版进行了特殊设计，导致在太阳电池上有焊点。与传统的主栅技术相比，Multi Busbar 技术可以提高太阳电池的填充因子，降低其电阻损失，同等条件下可以将最终制备的光伏组件的光电转换效率提高 0.6%，同时太阳电池的银浆用量也可以降低 75%。上述无主栅技术的应用主要集中在国外，中国的太阳电池及光伏组件生产商主推技术为无主栅焊接点胶技术。该技术方案的工艺无需覆盖聚合物薄膜，而是通过点胶体连接焊带与太阳电池，副栅与焊带直接接触相连，采用密集多焊丝设计，增加副栅与焊丝的接触点，每片太阳电池的银浆耗用量可降低 50% 以上。2022 年开始，中国无主栅技术的产业化节奏加快，在太阳电池和光伏组件方面，东方日升新能源股份有限公司、浙江爱康新能源科技股份有限公司陆续推出了无主栅太阳电池和光伏组件；
在设备方面，根据市场调研或Demo机器发客户现场先后顺序介绍：2019-20年度金辰控股子公司金宸星锐研发了第一代无主栅（BC）焊接机，2021-22年度苏州恒途无主栅焊接机（smart-link 低温互连专利），2021-23年度深圳光远股份无主栅焊接机（印刷方式），2021-23年度苏州沃特维（焊接+印刷），2021-23年度苏州迈为科技联合华晟推出无主栅焊接机（焊接+点胶），23年-24年度无锡奥特维科技股份有限公司（焊接+印刷），2022-23年度无锡先导智能装备股份有限公司；2023-24年度苏州宏瑞达研发无主栅低温互联技术；
说明：以上时间节点，作者是根据市场调研得出，有异议的地方，联系我们进行更正，谢谢。
无主栅 IBC 光伏组件的工艺路线及封装材料研究
近些年，一些光伏组件制造商采用新的光伏组件结构设计，将无主栅技术与 IBC 技术相结合( 下文简称为“无主栅 IBC 技术”)，使焊带可直接连接到相邻太阳电池的背面，替代了在太阳电池正面印刷主栅，将太阳电池正面的遮挡面积降为零。IBC 太阳电池具有正面无栅线遮挡的优势，其电流密度可达 43 mA/cm2 以上，同时叠加钝化层和多晶硅层后，其开路电压可达到 740 mV，从而使 IBC 太阳电池的量产光电转换效率可以达到 25.5% 以上。在 IBC 太阳电池的制备过程中，硅片和金属化浆料的合计成本占总成本的 50%以上，因此减薄硅片的厚度和降低金属化银浆耗量可有效降低 IBC 太阳电池制备的总成本。而无主栅技术不仅可降低金属化银浆的耗量，同时还可以允许硅片厚度降低至 120 μm 以下，因此无主栅 IBC 技术具有较大的研究价值。IBC 光伏组件的无主栅技术实现方式主要有两种：1) 以铜线导电膜代替主栅的无主栅覆膜技术。该技术是指仅利用丝网印刷副栅线，并用 1层内嵌铜线的聚合物薄膜代替主栅覆盖在太阳电
池正面的无主栅技术。通过光伏组件层压机的压力和温度使铜线和副栅结合，将铜线的一端汇集到较宽的汇流带上，并连接在相邻太阳电池的背面。2) 直接以铜线代替主栅的无主栅焊接点胶技术。该技术由德国 Schmid 公司研发，将铜线直接铺设在太阳电池表面副栅的焊盘上，再进行焊接和层压。
无主栅 IBC 光伏组件的工艺路线及封装技术方案一：焊接+点胶方式
无主栅焊接点胶技术是采用点胶系统将胶水点在太阳电池指定位置，然后将焊带放置在该指定位置，使焊带刚好压在胶点上；再通过加热或紫外线 (UV) 照射固化胶水，达到将焊带固定在太阳电池背面的目的。焊带通过点胶粘结在太阳电池上，与各太阳电池副栅直接接触，从而实现电气互连。无主栅焊接点胶技术的工艺流程为：太阳电池上料 ( 整片、正面向下 ) →锡膏印刷及固化→划片 ( 正面向下 ) → UV 胶水印刷 + 定位焊带→传输太阳电池到固化箱 (UV 固化 ) →太阳电池串检测→太阳电池串下料。采用焊接点胶技术会造成每个太阳电池表面的焊接点较多，效率低，点胶工艺的胶体形状单一 ( 为圆形 )，胶量较大，形态一致性也低；目前还有光伏组件制造商通过丝网印刷的方式完成 UV 胶水的印刷，进一步提高了焊接质量
无主栅 IBC 光伏组件的工艺路线及封装技术方案一：覆膜方式
采用常规无主栅覆膜技术的 IBC 光伏组件封装工艺流程为：1) 线膜复合：采用双层复合膜( 即聚烯烃弹性体 (POE)+ 聚对苯二甲酸乙二醇酯薄膜 (PET)) 与铜丝进行复合，形成导电带。2) 太阳电池焊接：通过预热及对准工艺使导电带与太阳电池焊接形成太阳电池串。3) 按照“玻璃—POE+PET—太阳电池串—POE—背板”的顺序进行组装。4) 层压时形成电路联通。5) 削边、装框。
上述封装工艺存在以下缺点：
1) 双层复合膜应用于 IBC 太阳电池后会使太阳电池发生弯曲现象；
2) 因为层压前焊带与太阳电池未完全贴合，导致层压时背面封装胶膜流动到太阳电池及焊带之间，会造成焊接不良的问题；
3) 双层复合膜中的 PET 膜较单层复合膜的熔点更高，PET 膜在层压过程中无法熔化，导致产生了两个界面，在热循环 (TC) 老化过程中，弹性形变首先从边缘开始，且变形量不一致，铜丝与太阳电池的副栅之间出现接触不良；
4) 双层复合膜由胶层和支撑层组成，在层压过程中，支撑层无法熔化交联，使其在光伏组件中增加了两个界面，在老化试验和后期的户外环境使用中都存在界面分层开裂的问题，导致光伏组件的输出功率急剧下降，寿命降低
无论是采用无主栅覆膜技术，还是采用无主栅焊接点胶技术，无主栅技术均要求更精密的微米级厚度、低熔点焊带，从而带动光伏焊带生产企业的精进研发。小试阶段的超细焊带可用于匹配更小焊点设计或无主栅的太阳电池，从而降低其银浆用量。这种超细焊带采用低温焊料，可进行超低温焊接，以实现“层压 + 焊接”一体化工艺，促进光伏组件端提效降本。
感谢和声明：本文部分节选自《太阳能》杂志2024 年 6 月第 6 期 再次感谢；
文案来源：泛半导体新能
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