从电池技术进步的角度来看，金属化作为钝化镀膜的后续工艺，其技术路线选择需要与钝化膜相配套，一方面，金属化本身与钝化膜/硅基体的接触将在很大程度上影响复合；另一方面，栅线本身对电池的光学损失、电阻损失起到至关重要的作用。
对于光伏电池金属化来说，栅线宽度仅是表观指标，不同的浆料设计出发点在于界面接触，其次是印刷性能，以及烧结/固化后的附着特性和焊接特性，最后是工艺与材料的综合成本。
全铝背场电池
全铝背场电池（Al-BSF）是最早实现产业化的晶硅电池结构，具有工艺流程简单、 技术成熟、成本低廉等诸多优点。
但是，电池背面硅/铝的全面积接触引起的载流子复合较为严重，且铝背场层的反射率低，导致长波段光响应差，这些使得 Al-BSF 电池始终无法突破 20%的效率瓶颈。
单面 PERC
随着背表面氧化铝（AlOx）钝化技术的出现，PERC 电池开始全面取代全铝背场 电池。
在单面 PERC 电池中，仍然采用铝背场，同时铝背场通过激光开槽的方式与硅基 体实现线接触，并在接触区域形成局部铝背场（LBSF）。
双面 PERC
在双面 PERC 电池中，放弃了全铝背场，而采用铝线接触的方式。根据 ITRPV 数据，双面 PERC 电池铝浆耗量仅为单面 PERC 的 1/4。
TOPCon 与 HJT 电池
由于采用了钝化接触技术，金属电极不再与硅基体直接接触，大幅改善钝化效果 与金属复合。TOPCon 电池正面采用银铝浆。
原因在于对于 TOPCon 电池，正面仍采用同质 扩散结，且硼掺杂的浓度较磷掺杂低 1-2 个数量级，导致发射区的接触电阻较大。
在 P 型发射极局域重掺硼技术完善之前，TOPCon 电池正面采用了银铝浆，在 烧结中铝原子进入 P 型发射区形成 p+区域，起到选择性发射区（SE）的作用。
对于金属化工艺来说，重要的是工艺与材料的匹配。丝网印刷、钢板印刷、激光 转印三种工艺都适用于液体浆料，适配高温银浆、低温银浆、银包铜银浆。
而无 主栅技术、铜电镀则跳出了液体浆料的范畴，单独具备一套工艺与材料。
1.金属化之材料：浆料区别与改进路线
根据 ITRPV 《2022 年国际光伏技术路线图》，2021 年，200GW PERC 电池（效 率 23%）消耗银 2640 吨，约占全球银总供给的 8%，单耗约 13.2mg/W。
2.高温浆料：从 PERC 浆料到 TOPCon 银浆
从 PERC 电池到 TOPCon 电池，从结构上看仅仅是背表面钝化方式发生了改变， 但由于硅基底从 P 型转变为 N 型，以及钝化层的改变，造成金属化工艺的较大 转变。
正面：对于典型的 N 型 TOPCon 电池来说，主要是从 N 型发射极（磷扩）转变 为 P 型发射极（硼扩），钝化方面仍采用 SiNx 和 AlOx 层。
但由于硼扩掺杂浓 度低，为了实现更好的接触，正面细栅从银浆转变为银铝浆。
背面：由于钝化接触结构解决了金属与硅基体接触的问题，TOPCon 电池的背面 不再需要激光开槽+铝浆（LBSF），而是采用了银浆细栅。
整体来看，TOPCon 银浆主要分三种细分应用：
1）正面细栅浆料（银铝浆，烧穿型），需要在烧结过程中烧穿 SiNx 和 AlOx 层， 与硼发射极接触；
2）背面细栅浆料（银浆，烧穿型），需要在烧结过程中烧穿 SiNx 层，与 poly 硅层接触；
3）正背面主栅浆料（银浆，非烧穿型），主要起连接细栅、汇聚电流、辅助焊 接作用。
但是，TOPCon 银浆正背面细栅需严格控制烧穿深度。
对于正面细栅，需控制银铝尖刺的深度，否则容易破坏硼发射极；对于背面细栅，需控制烧穿深度，特别是在 poly 层减薄的趋势下，如何与薄 poly 层形成配合至关重要。
在高温银浆中，玻璃粉起到刻蚀作用，因此工艺核心之一在于调节玻璃粉的成分 与配比。玻璃粉在烧结过程中主要有两个作用：
1）刻蚀硅片表面的 SiNx 减反射涂层，在烧结过程中促进硅太阳能电池正面电极的致密度，从而形成致密的导电网络，使得银膜与硅基片形成良好的欧姆接触；
2）银浆烧结过程，玻璃粉在高温下溶解银粉，并带着银粉重新排列，这将影响银浆的整个烧结过程。
3.低温浆料与银包铜
由于异质结电池中非晶硅不耐高温，导致其需适用低温银浆。与高温正银相比， 低温银浆固化温度低，不含玻璃粉，属于非烧穿型浆料。
在高温银浆中，玻璃粉会首先发生熔融，刻蚀硅片表面的 SiNx 减反射涂层并带 动银粉重新排列。
因此玻璃粉是技术核心，助力实现高效接触和高效银粉导电。
在低温银浆中，由于取消了玻璃粉，银粉粘结主要靠有机体系树脂固化收缩实现。
由于缺乏烧结步骤，有机组分（特别是树脂）残留在浆料中，这也是低温银浆电 阻率较大的根本原因。
采用片状银粉+球状银粉复配的方式，有助于提高银粉间接触面积，从而改善银 浆导电性能。但同时影响了印刷速度。
印刷速度是规模制造、产能提升的关键。
HJT 低温银浆印刷与铺墨速度(CT>2s) 显著低于主流的单晶 PERC、TOPCon 高温银浆。
银包铜
由于低温银浆导电性较差，加上双面使用银浆，使得 HJT 电池的单位银浆耗量 约为 PERC 电池的 2 倍，拉大了成本方面的差距。
银包铜作为一种有效的降本手段，引起业界重视。
银包铜粉是一种核壳结构材料， 具有铜的物化性能和银的优良金属特性以及高导电性、抗氧化性和热稳定性，既节约贵金属又降低了成本。
由于高温下铜容易氧化，因此银包铜浆料目前仅适用于异质结电池。
制备技术路线方面，化学镀法具备工艺简单、成本低等优点，目前已成为主流路 线。工艺方面根据沉积机理不同，又分为还原法和置换法两种。
运用化学镀法制备银包铜粉的过程中，镀液的主要成分是由硝酸银溶液组成，并与铜离子发生置换反应，游离的银离子因为有较高的氧化-还原电位，导致镀液稳定性不佳，制得的镀层不够致密。
因此，现代工艺多采用络合剂来络合游离的 银离子，提高银离子的络合常数，保证镀液在金属包覆过程中的稳定性。
常见的络合体系包括：氨水络合体系、EDTA 盐体系、胺烯类化合物体系。
4.银浆与银粉国产化
不管是高温银浆，还是低温银浆，都是以银粉作为导电相。
银粉在太阳能电池导 电银浆中占质量的 70%~90%，是决定银浆和形成银电极性能的关键因素。
银粉作为一种功能性粉末，不仅继承了银单质的一些性质，同时还具有粉末的独 特性能，所以银粉的形貌、粒度分布、分散性、表面性质等都对银浆的性能具有 重要影响。
1）粒度分布。
在 0.5～5.0µm 之间的银粉比较适用于太阳电池用银浆的调制。
且在银浆调制过 程中，合理搭配不同粒度分布的银粉，可降低银浆印刷塑性后银粉自然堆积状态 下的空隙率，进而减小银浆烧结后导电膜的孔隙率及形成的电路中的串联电阻。
2）分散性。
银粉的分散性直接影响银浆的调制效果，分散性好的银粉在银浆调制过程中能与 有机体系充分润湿、混合，均质分散在有机载体中，使银浆具有很好的触变性和 流平性，丝网印刷过程中能连续、流畅、均匀地通过网孔，形成完整的电路图案， 有利于实现大规模连续生产。
3）振实密度。
银粉的振实密度直接反映了银粉在生成过程中结晶的完整度。
振实密度越高的银 粉，其结晶完整度越好，在自然状态下银粉颗粒之间的堆积越致密，空隙率越小， 调浆烧结后得到的导电膜的空洞少且小，电路中的串联电阻小，电极导电能力优 良。
在 PERC 时代，正银主要采用球形银粉，背银采用片状银粉。
其中背面银浆的技 术要求较低，从原料端的片状银粉到产品端的背面银浆基本都已实现国产化。
尽 管 P 型电池正面银浆的国产化率在 2021 年末已达到 61%，但正面银浆所用的 银粉大多仍依赖进口。
n 型电池用正银国产化程度明显提升。受制于市场规模以及技术等因素影响，当 前 n 型电池的正面银浆国产化程度开始出现较大的分化。
2021 年 TOPCon 电池 用正面银浆国产率达 70%左右；HJT 电池用低温主栅银浆国产率 10%左右，细 栅用银浆依然全部依赖进口。
国外银粉制造厂家主要集中于日本和美国，销量较大的有日本 DOWA、日本德力化学、美国 Ferro 和 Ames Goldsmith 等公司。
银粉国产化率远低于银浆国产化率。原因在于银浆工艺核心在于配比，而银粉的 制造则具备更高的壁垒，特别是低温银粉对比表面积、分散性、平均粒径、振实 密度等参数要求更高。
金属化之工艺：接触式与非接触式
1.接触式
根据中国光伏产业协会数据，目前电池片的金属栅线几乎全部通过丝网印刷的方 式制备，2021 年市场占比达到 99.9%。
预计未来 10 年内丝网印刷技术仍将是主流技术。丝网印刷由五大要素构成：工作台、丝网、刮刀、浆料、基片。
基片直接放在带 有模板的丝网下面，丝网印刷油墨或涂料在刮刀的挤压下，从图形部分的网孔中 间挤压到基片上。
印刷过程中刮板始终与丝网模板和基片呈线接触，接触线随刮 刀移动而移动，其他部分与基片为脱离状态，保证印刷尺寸精度和避免蹭脏基片。
分步印刷（DUP）&两次印刷（DP）
两次印刷：先印刷第一层银浆并烘干，在第一层银浆的基础上覆盖第二层银浆，两层共烧结 形成电极。
两次印刷的方法可以突破单次丝网印刷高宽比的天花板，能有效提高电极栅线的 高宽比，既能增加电池的受光面，又能降低栅线电极整体的线电阻，从而大幅提 升电池的光电转换效率。
分步印刷：根据主栅与细栅线对浆料特性要求的不同，将主栅与细栅分开印刷。细栅采用主 流的正面电极银浆，具有较好的塑形能力和良好的烧结特性及欧姆接触。
由于主 栅在电池片上主要作用是汇集细栅上的电流，对塑形能力的要求较低，因此可选 用较便宜的银浆。
同时分开印刷后主栅网版可以采用与细栅规格不同的网版，可 进一步降低主栅线的银浆单耗。
多主栅：从 MBB 到 SMBB
主栅是指晶硅太阳能电池表面上的粗电极条，起到连接细栅，将电池体内产生的 光生电流引到电池外部的作用。
多主栅技术（MULTI-BUSBAR，MBB）是通过 提高主栅数目，提高电池应力分布均匀性，进而提高导电性，增加转换效率。
综合来看，多主栅技术（MBB）具有电学和光学两方面优势。
电学优势：
1）MBB 电池片电流横向收集路径增加，较传统 5BB 提高 30%以上；
2）MBB 技术可以使电流流经细栅到达主栅的路径显著缩短 50%以上，有效减 少电流流经细栅产出的功率损耗；
3）MBB 技术提高了电流的收集能力，即多主栅对电池片隐裂、断栅、破裂等容 忍度更高。
光学优势：多主栅组件设计中，由于单根焊带变细，一般选用圆形焊带进行电池片连接，相 对与扁平型常规焊带，圆形焊带更能体现光学上的优势。
圆形焊带的使用，使得入射光无论从哪个角度进入，都能在焊带区域获得约 75% 的利用率，而传统的 5BB 采用的平焊带对入射光的综合利用率仅 5%以内。
理论上来说，SMBB 是 MBB 技术的升级版，延续了 MBB 的诸多优点，通过采 用更细的栅线，实现更少的遮挡和更短的电流传输距离。
从而有效降低了串联电 阻，并进一步提高了对电池对隐裂、断栅、破裂的容忍度，提高可靠性。
不管是 MBB 还是 SMBB，对于丝网印刷的原理性要求变化不大，与现有设备兼 容。
重要的是主栅增多，焊丝变细，焊点变小，对于串焊机的对位精度和焊接精 度要求提升。
同时，由于主栅变细，需开发相应的 MBB/SMBB 焊带。
部分厂家相关进展：迈为股份：积极探索新的组件工艺，成功开发出 SMBB 串焊机，可以满足 163、 166、182 和 210 多种规格电池的 SMBB 产品需求，焊丝直径最小可以兼容到 0.25mm；
宇邦新材：公司研发了适用于多栅组件的 MBB 焊带、适用于 HJT 组件的低温焊 带、适用于叠瓦组件的超薄冲孔焊带、适用于微间距组件的异形焊带等。
目前市 场上主流的产品还是 MBB 焊带，SMBB 焊带的市场正在逐步推开。
同享科技：公司除了积极开发常规互连焊带、常规汇流焊带外，也积极探索与研发 SMBB 焊带、黑色汇流带及反光焊带。
公司年产涂锡铜带（丝）15000 吨项目建成后，将形成 8000 吨 SMBB 焊带、4000 吨异形焊带、2200 吨反光汇流焊 带及 800 吨黑色汇流焊带的生产能力。
钢板印刷
传统网版的细栅附着在丝网上，丝网的网节或钢丝会阻挡网版透浆料，导致印刷 后栅线高低起伏、拓宽，影响电性能。
而全开口钢板的细栅部分是 100%的无遮挡结构，网版透浆料更顺畅、栅线更平整、均匀，从而电池栅线的形貌得以优化、 电性能得以提升。
由于栅线印刷区域为全开口结构，印刷高度均匀，在制造相同效率电池的情况下， 净节省 20%左右的银浆。
2.非接触式
激光转印
激光图形转印技术（简称：PTP）是一种新型的非接 触式的印刷技术，该技术在特定柔性透光材料上涂覆所需浆料，采用高功率激光 束高速图形化扫描，将浆料从柔性透光材料上转移至电池表面，形成栅线。
激光转印能够突破传统丝网印刷的线宽极限，轻松实现 25um 以下的线宽，且 印刷高度一致性、均匀性优良，误差在 2um。
作为非接触式印刷，可以避免挤 压式印刷存在的隐裂、破片、污染、划伤等问题。
激光转印包括两个步骤：填充过程和转移过程。填充过程：使用的是带有压花沟槽的透明聚合物薄膜，通过两个具有不同倾斜度 的金属吸水扒胶条将浆料填充到沟槽中。
转移过程：将充满沟槽的薄膜旋转 180°并移至打印位置，电池片放置在薄膜下 方 200μm 处，依次使用波长为 1070nm 的激光照射。
激光辐照通过透明膜，其能量首先被糊剂表面吸收。产生的热能使浆料和沟槽之 间的界面区域中的有机成分汽化，并在浆料/薄膜界面处形成高压蒸汽层。
当在 浆料/薄膜界面处建立足够的压力时，浆料会释放到基材表面上。
无主栅（SWCT）技术
无主栅技术（简称 SWCT）由加拿大 Day4 能源公司由梅耶博格开发和工业化，并于 2013 年正式发布。
其关键技术 在于使用铜线（由锡合金包覆）代替传统主栅，并将铜线嵌于聚合物薄膜之上， 同时实现了细栅电流汇集传输和电池片连接，从而完成对主栅和焊带的替代。
SWCT 技术的优势：
1、提效，原理同 SMBB 技术。
首先，SWCT 技术中用细线代替主栅，相比 SMBB 技术，主栅数量进一步增多，通过缩短细栅电流传输距离，增加电流收集能力从 而实现提效。
其次，SWCT 技术采用圆丝铜线，较传统主栅增加了入射光利用率。
2、降本，实现主栅去银化。
SWCT 技术中采用圆铜线（锡合金包覆），实现了 主栅去银化。
第一代 SWCT 技术使用铟锡合金，第二代技术使用铋锡合金，成 本进一步降低。
同时由于主栅（圆铜线）数量增多，细栅宽度有望实现进一步下 降。
根据 CSEM 数据，相比传统丝网印刷技术，SWCT 技术可以将银耗量降低 85%。
3、免焊接，在层压过程中实现接触。
SWCT 技术中不但省去了主栅印刷，还省 去了焊带焊接过程，在层压过程中实现圆铜线与细栅的接触。
铟锡合金的熔点为 120℃，铋锡合金的熔点为 138℃，因此层压温度低于 140℃即可实现熔融接触。
4、可靠性。
一方面，同 MBB 技术类似，更细密的网格提高了电流的收集能力， 即对电池片隐裂、断栅、破裂等容忍度更高。
另一方面，SWCT 技术对电池片施 加的应力更小，这归功于低温工艺和灵活细线，可有效减少电池片边缘翘曲。
铜电镀
铜电镀实现量产后，有望彻底替代银浆的使用，从而实现有效降本。铜电镀工艺 整体分为图形化和金属化两大环节。
图形化环节：种子层的核心作用是改善 TCO 的附着力，通常采用镍或镍-铜合金。
但镀制的种 子层需要在完成电镀后，进行种子层的回蚀，增加了供需，影响了工艺的量产性。
目前可选择的方法有选择性种子层沉积或无种子层工艺。2022 年 9 月，迈为 &SunDrive 双面微晶无种子层直接电镀效率 26.41%。
图形化的核心环节在于制备选择性沟槽，以便进行下一步电镀环节，目前常见的方法有曝光显影和激光开槽两种。
金属化环节：核心为电镀环节。根据罗博特科公告，目前市面上比较主流的主要是垂直升降式 电镀、垂直连续电镀、水平电镀三个方向。
垂直电镀在 PCB 领域应用广泛，但 缺点在于自动化水平较低；水平电镀自动化程度高，可长时间稳定工作，但技术 要求高，长期为国外垄断。
东威科技光伏电镀路线为垂直电镀，同时掌握水平电镀技术（主要用于 PCB 领 域），公司水平电镀技术为国内首创；
罗博特科的方案区别于垂直升降式电镀、垂直连续电镀、水平电镀三种方案；捷得宝光伏电镀路线为水平链式。
根据公告 和官网信息，东威科技和捷得宝设备产能均达到 6000 片/小时。
铜电镀有望成为光伏电池金属化终极方案。原因在于该技术路线不但可以有效实现降本，而且对光伏电池效率提升亦有帮助。
从栅线形貌来看，铜电镀可以将栅线宽度降至 15μm，高 26μm，外观更加平直。
从接触部位微观结构来看，铜电镀的接触部位较银浆印刷烧结工艺更致密，空隙更少。
END
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原文始发于微信公众号（艾邦光伏网）：光伏电池技术演进与降本关系紧密，金属化工艺“首当其冲”
