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金屬化工藝新突破!新型串焊技術消除熱斑及微裂紋

【引言】

這是一項振奮人心的技術革新,可以減少光伏組件中熱斑的形成,延長組件使用壽命;焊點還能實現“自我修復”,即當存在在極端應力導致斷路后能恢復電氣連續性;電池在短路電流密度幾乎表現為零損耗。

電池片在絲網印刷及燒結工藝中,組件在電池片的串焊工藝中,不可避免地會造成電池片的隱裂或微裂紋。十年前,自動串焊技術的不成熟組件廠不得不采用大量的人力進行串焊,勞動力成本成為組件制造的重要影響因素,這也在一定程度上造就了尚德、天合、晶科、英利、晶澳等一批中國光伏組件企業的崛起。盡管不斷成熟的自動串焊工藝逐漸取代了人工串焊,但電池片的厚度也在不斷減薄,電池片的面積卻在向166、210等大尺寸發展,因而串焊造成的隱裂或微裂紋始終是組件制造的硬傷。

來自新墨西哥大學和美國空軍研究實驗室的科學家開發出一種新的復合材料電池金屬化技術,不僅能大大降低光伏組件、電池的微裂紋或隱裂,還能讓產生微裂紋/隱裂的電池減少電損耗和熱斑效應,不僅能用于傳統電池、空間太陽能電池,對新型異質結電池也是巨大利好。

金屬化工藝新突破!新型串焊技術消除熱斑及微裂紋

新技術介紹

新技術包括由基于可以嵌入絲網印刷銀漿的多壁碳納米管組成的絲網印刷金屬化系統。可嵌入到多壁碳納米管的銀漿被稱為MetZilla Paste,該技術旨在取代傳統的電池金屬化工藝,可以大大減少金屬化應力引起的電池微裂紋及后繼引起的光伏電池熱斑效應。

資料顯示,這一新型電池金屬化工藝能將組件使用壽命延長到30年以上。

金屬化工藝新突破!新型串焊技術消除熱斑及微裂紋

MetZilla Paste是將多壁碳納米管嵌入在銀基體中,加強了多結光伏電池金屬柵線和主線線的機械和電性能,但對電柵線和主線的電氣性能沒有影響。研究人員認為,當碳納米管被適當功能化并以特別的工藝混入銀漿中,光伏電池在絲網印刷和燒結后,能顯示出優異的斷裂韌性。在電池片隱裂間隙小于35μm 時,幾乎對電性能沒有任何影響。

新材料的最大電流密度可達500 to 2500 A/cm 2 。

金屬觸點的自修復性能

據科學家稱,由此產生的復合金屬觸點具有高達50μm的電間隙橋接能力。在極端應力造成裂紋而形成斷路后,電池片由于形變可能讓裂紋間隙小于50μm,采用新銀漿技術能讓電氣連續性實現自我修復。

盡管研究者對這種自我修復行為確切機制尚不清楚,但眾所周知,傳統金屬化工藝在裂紋形成后會造成電性能不可逆地失效,即使微裂紋裂面重合,裂縫間隙消除也不能恢復電連續性。

金屬化工藝新突破!新型串焊技術消除熱斑及微裂紋

在一定程度上,這種性能恢復可能來自新材料的延展性,延展性的提高可能會延長光伏組件的壽命,使其免受應力引起的電池裂紋、金屬線斷裂和最終熱斑的影響。

人為引入隱裂的試驗中,采用新材料的電池其EL影像依然有很好的連續性。

目前該技術測試只完成了小組件實驗室試驗,尚未在大組件產線上應用,研究人員必須改進銀漿粘度和絲網印刷、燒結溫度等,以降低網柵與基板之間的接觸電阻和線性電阻。

空間應用

該技術是與美國空軍實驗室合作開展,因而其另一重要應用是衛星用的高效砷化鎵(GaAs)光伏電池。在III-V材料光伏電池的生產中,研究人員開發的一種稱為Metzilla Plate的工藝技術取代了光刻和真空鍍膜工藝,通過加入碳納米管來確保電池的抗裂紋性能。研究人員聲稱,應用該技術后,即便在衛星發射前發現裂紋,依賴新材料出色的修復性能,甚至不需要更換電池。復合材料增強的電池比傳統金屬化工藝生產的多結器件性能更好,即使電池因為人為因素導致裂紋。

生來適用異質結

對于異質結電池,一直以來困擾電池隱裂的是高成本的低溫銀漿技術。現在的異質結工藝普遍依賴低溫金屬化工藝,新開發的Metzilla Paste本身就是采用低溫工藝。

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