1. 研究背景
光伏行业面临的资源紧张和成本上升的问题，尤其是银的消耗。随着光伏产业的快速发展，尤其是硅异质结（SHJ）太阳能电池的应用，银的使用量在未来可能会占据全球银供应的巨大份额，这可能导致银价格波动甚至供应短缺。为了应对这一挑战，研究者提出采用低成本、低温的连接方法来减少银的使用，从而解决材料短缺和高昂成本的问题。文章的目标是探索直接线焊接（DWB）方法作为替代方案，以减少银的消耗并维持或提高太阳能电池的效率。
2. 研究思路
研究者提出了直接线焊接（DWB）技术，这是一种低温的铜线焊接技术，可以替代传统的高温焊接方法。DWB方法通过导电胶在太阳能电池的接触点上施加铜线，实现电流从ITO层（铟锡氧化物层）到电池的有效提取。与传统的金属化方法相比，DWB不仅减少了银的使用量，而且降低了制造成本，同时仍然保持太阳能电池的良好性能。为了验证这一方法的有效性，研究者通过模拟和实验对比了DWB与传统方法的效率和成本。
3. 结果与讨论
在结果与讨论部分，作者详细比较了DWB方法与传统的金属化和连接方法的实验结果，主要集中在以下几个方面：
1) 实验结果
使用DWB方法的太阳能电池模块效率比传统的0BB（无母线）方案和多线方案高出0.03%的绝对值。具体来说，DWB方法的实验结果表现出了更高的短路电流密度（Jsc）和较低的光学遮挡，同时减少了材料消耗。 DWB模块的短路电流密度（Jsc）达到了36.02 mA/cm²，比传统的6条接线线方案（35.66 mA/cm²）高出0.37 mA/cm²，比传统的3条接线带方案（34.98 mA/cm²）高出1.02 mA/cm²。这表明，DWB方法在电流密度上具备一定的优势，主要归因于铜线的低接触电阻和较短的电流传输路径。
2) Jsc与模拟结果的差异
尽管在实验中，DWB模块的Jsc表现出色，但模拟和实验之间仍然存在一定差异。模拟中的Jsc为35 mA/cm²，而实验中的Jsc为36.02 mA/cm²。造成这一差异的原因主要有两个：
模拟没有考虑到铜线的光反射效应，尤其是铜线的红色反射，这在实验中对光的吸收产生了影响。 模拟中假设了接触点的尺寸较大，而实验中由于工艺误差，某些接触点可能比模拟中的要小，导致光学遮挡效应被过度估计。
3) 开路电压（Voc）与填充因子（FF）
- 开路电压（Voc）
所有模块的开路电压约为735 mV，这表明不同金属化和连接方法对开路电压没有显著影响。Voc的稳定性意味着DWB方法不会对电池的电压性能产生不利影响。 - 填充因子（FF）
DWB模块的填充因子（FF）较传统方案稍低。模拟结果表明，DWB模块的FF比传统方法低约2.5%，实验结果则略低0.7%。这种差异主要是由于DWB方法在ITO层中电流传输的距离较长，从而增加了欧姆损失，进而影响了填充因子。
4) 填充因子与电流损失
DWB方法在电流传输损失上较传统方法略高，因为电流必须经过较长的路径才能到达接触点。尽管这种设计有助于减少材料使用，但较长的电流路径增加了电流损失，影响了填充因子。作者认为，尽管FF较低，但通过进一步优化接触点的设计、材料的选择，以及提高ITO层的导电性，可以显著改善FF，从而提升整体性能。
5) 银的使用和成本分析
DWB方法显著减少了银的使用。实验中，DWB模块的银使用量约为2.55 mg/W，这比传统的0BB布局（3.09 mg/W）低得多，约为传统方法的三分之一。 - 成本分析
表明，DWB方法的材料成本仅为传统SHJ连接方法的18%，即0.30欧元/瓦。这一成本节省主要得益于使用铜线和导电胶，这些材料比银和低温焊接材料便宜得多。随着技术的不断改进，DWB方法的成本有望进一步降低，可能达到0.24欧元/瓦，比现有的PERC和TOPCon技术的成本还要低。
4. 研究结论
文章的结论是，直接线焊接（DWB）方法为减少银的使用、降低生产成本并保持太阳能电池效率提供了一个有效的解决方案。DWB方法不仅能够减少银的消耗，还能维持与传统方法相当的太阳能电池效率。在未来的研究中，通过进一步优化材料和设计，DWB方法的性能和成本可能会得到更大的提升。研究者认为，DWB方法具有很大的潜力，尤其是在应对材料短缺和提高光伏产业可持续性方面。
图1: 光伏市场技术和银消耗预测
图1展示了光伏市场中不同技术的发展趋势，以及随着技术进步，银的消耗量的变化。
该图通过堆叠面积图展示了不同光伏技术（如PERC、TOPCon和SHJ）的市场份额预测。
红线表示光伏技术对银的需求，其中预计随着SHJ技术的普及，银的消耗量将大幅增加。
蓝线表示如果所有SHJ技术都使用铋基低温焊料（bismuth-based solder），那么光伏产业对铋的需求将显著增加。
图2: 直接线焊接（DWB）概念示意图
图2展示了直接线焊接（DWB）方法在硅异质结（SHJ）太阳能电池上的应用示意图。
图中展示了铜线通过导电胶与太阳能电池的ITO层连接，电流从电池的ITO层提取并传输至下一个单元。通过这种方式，DWB方法无需使用低温焊接或银基导电胶，从而减少了银的使用。
图3: 实验模块的光伏组件示意图
图3展示了几种不同金属化方法下的太阳能电池组件结构，主要包括DWB方法、传统的6线连接和3条接线带连接。
图3(a)：DWB太阳能电池组件，其中放大显示了接触点上的连接垫（dot pads）。
图3(b)：使用传统6条接线线连接的太阳能电池组件。
图3(c)：使用3条接线带连接的太阳能电池组件。
图4: DWB组件的模拟效率与接线间距关系
图4展示了DWB组件在不同接线间距下的模拟效率变化。
图表显示了在不同的接线间距（wire pitch）和接触垫数量下，DWB组件的效率表现。最佳的接线间距为1.4mm，且接触垫的数量为34个时，DWB组件的模拟效率达到了20.19%。
图5: DWB模块在不同线径下的效率变化
图5展示了DWB组件在不同铜线直径下的效率变化。
随着铜线直径从30 μm增加到50 μm，DWB组件的效率有所波动。
最佳效率出现在铜线直径为40 μm时，效率为20.20%，而较小或较大的铜线直径会导致效率的下降。表明较小的铜线直径会限制设备的电导性，而较大的铜线直径则会增加光遮挡，影响效率。因此，选择合适的铜线直径对于优化DWB组件性能至关重要。
图6: 不同金属化和连接方法下模块的性能对比
图6展示了不同金属化和连接方法下的组件性能，包括效率（Efficiency）、填充因子（FF）、短路电流密度（Jsc）和开路电压（Voc）。
图示内容：图6(a)：不同连接方法下的效率对比。
图6(b)：不同连接方法下的填充因子对比。
图6(c)：不同连接方法下的短路电流密度（Jsc）对比。
图6(d)：不同连接方法下的开路电压（Voc）对比。
图表表明，DWB方法的效率略高于传统的6条接线线方案，但略低于3条接线带方案。
图7: 实验中不同布局的银浆消耗量
图7展示了实验中不同金属化布局下银浆的消耗量。
图中显示了在0BB布局、3BB布局和DWB布局下，银浆的使用量。DWB布局的银浆使用量最少，约为2.55 mg/W，显著低于传统的0BB布局（3.09 mg/W）。
图8: 光伏模块金属化和连接材料成本分析
图8展示了不同金属化和连接方案的材料成本。图表对比了PERC、TOPCon和SHJ技术的材料成本，特别是在银浆和铜线的使用上。
DWB方法的材料成本最为低廉，尤其是在铜线和导电胶的使用上，与传统的银涂层铜焊带方法相比，DWB方法的成本仅为传统方案的18%。
