叠栅为什么能省银

学术   2025-01-08 15:47   上海  


何为叠栅——三角导电丝(焊带)“叠”到种子层(副栅)上

传统电池的电极结构为副栅+主栅+焊带,叠栅取消了主副栅和焊带,利用三角导电丝和种子层进行导电。传统光伏电池的栅线呈十字交叉型,由细副栅和粗主栅垂直排列构成,主栅主要起到汇集副栅的电流、串联的作用,副栅用于收集光生载流子,最终焊带导出电流;而叠栅取消了主栅和副栅,用种子层(银或者铜)替代,取消了焊带,用三角导电丝替代。

谓叠栅即三角导电丝(焊带)“叠”到种子层(副栅)上。具体来说,(1)种子层利用银或铜作为基底,与电池形成交联,生成银硅合金以实现接触,起到原来副栅的作用,由于银仅起隧穿作用,所需厚度极薄,因此银的用量极少;(2)导电丝利用三角焊带的高度与银种子层结合,降低栅线的电阻,将电流导出,起到原来主栅和焊带的作用。
原本SMBB、0BB的电池片&组件的金属化工艺采用丝网印刷&串焊,会有银耗高、遮光面积大、电阻高、生产速度慢等问题,而叠栅解决了上述问题,具备电阻小、省银、提效、平台化等优点。
(1)电流不需要横向传输,仅需要纵向传输,运动路径变短、电阻变小从而提升组件功率、降低银浆耗量。传统方式下电流的运动路径为电池表面→副栅→主栅→焊带,需要有副栅到主栅横向运输的过程,而叠栅为电池表面→导电种子层→导电丝,均为纵向运输。
①组件功率提升:横向传输过程中的热阻损耗会拉低电池及组件输出功率,减少横向传输后热阻损失可以降低很多,提高组件输出功率;②降低银浆耗量:电流在银浆只需要垂直电池片表面的纵向方向传输,不需要横向传输,所以不再需要很多的银浆堆叠,降低横向传输电阻,银浆高度可以下降到 5μm 以下。
(2)超高表面反射率的极细三角导电丝可使得电池表面的等效遮光面积降低到1%以下,SMBB 约为 3%、0BB 约为 2.5%,我们预计叠栅+TOPCon 的组件功率可由现在的 630W 提升至 655W(2382mm*1134mm 版型组件),可提效 25-30W 。一方面传统电池片表面金属遮光面积大,影响电池及组件效率,而叠栅采用了极细三角导电丝,原来焊带大概 0.2mm,现在导电丝大概 0.15mm,减小遮光面积;
另一方面,常规组件一般采用扁平导电丝,其表面为平面结构,垂直入射到导电丝表面的太阳光几乎全部被反射而损失掉,圆形焊带可利用部分的垂直入射光和少量的斜射光,而三角导电丝二次折射的反光率更高,可利用几乎所有的垂直入射光和斜射光,制成组件后的光学增益明显,组件功率提升更高。
(3)叠栅为平台化技术,TOPCon、HJT、BC 均可使用。根据我们的测算,BC、TOPCon 叠栅降银效果最显著,更需要叠栅;HJT 利用 0BB+30%银包铜已基本能够达到预期目标。
对于 TOPCon 来说,叠栅还能弥补双面 poly 的遮光问题。现有的单面 Poly-c-SiTOPCon 电池结构中(如下左图),目前 TOPCon 电池主要是钝化背面接触, 正面如果做成整面 POLO 结构的话, 则会因为 poly 硅吸光导致电池电流损失较大,正面已经成为效率继续提升的瓶颈,可通过在栅线下方做局部 POLO,改善正面金属接触复合电流的同时避免电流损失,下右图的双面 Poly-c-Si TOPCon 电池结构中,金属电极则不会和硅基体发生直接接触,会明显的减少复合,电池效率也会得到提升,但是正面的 poly 会有吸光的问题,通过叠栅的设计,把三角导电丝刚好覆盖在 poly 层上,能够弥补 poly 层的遮挡带来的功率损失问题。
叠栅未来量产后有望比 SMBB、0BB 单瓦成本降低 4-5 分。(1)功率端:2382*1134版型的组件提升约 25-30W;(2)材料端:虽然目前叠栅银浆成本能够降低 5 分左右,但需要增加三角导电丝,相较于普通焊带单 W 成本增加 1-2 分,故材料端仍有进一步降本空间;(3)设备端:小批量生产阶段叠栅价值量约 6500 万元/GW,丝印+叠栅设备合计价值量单 GW 约 8000 万,而 SMBB 或 0BB 串焊机价值量单 GW 仅为 2000-3000 万,丝印+串焊设备合计价值量单 GW 约 5000 万,故按照 5 年折旧,设备单 W 成本增加不到 1 分。

来源:东吴证券、晶格光伏


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