泛半导体时代的电池金属化和组件连接技术的变革

降本是光伏产业永恒的主题。

银价高企的市场环境中,无论是HJT还是TOPCon,各家企业目前都在降低银耗上全力研发,不懈努力。

值得关注的是,在主流技术SMBB以及近期备受行业关注的0BB技术路线之外,一家以研发为主的科创企业——时创能源,与浙江大学合作、创造性地提出了一种全新的解决方案——叠栅技术。

利用叠栅技术生产的组件产品,不仅能够大幅降低银耗量,而且可以显著降低遮光面积,有效提升组件对光的利用,从而同时实现降本、提效双重目的。

时创能源有着深刻且鲜明的原创基因,创立15年来一直坚守“蓝海战略”,全力做行业首创。站在这个维度上,时创能源或是光伏行业中唯一一家现有产品都是创新、原创的企业。

综合来看,时创能源对光伏行业拥有三项重大发明创新:

此次,时创能源研发团队全力推出的叠栅技术,有望再次助力行业降本增效,并推动光伏行业的技术进步。

01 什么是叠栅技术?

行业现有技术

业内目前主流的技术SMBB,以及近期备受关注的0BB技术,其技术原理都是将导电银栅线(主栅线/副栅线,两者相互垂直)丝网印刷到光伏电池表面,再将金属焊带焊接到主栅线,从而使电池片形成串联。

其电流的收集路径为:电池表面→副栅线→主栅线→金属焊带。

时创原创叠栅技术

叠栅技术,是一种泛半导体金属化技术和电池组串技术。

叠栅的核心结构,是在电池表面制备一层用于收集电池片表面电流的导电种子层。在该种子层上方,放置超高表面反射率的极细三角导电丝。导电种子层和导电丝通过导电连接材料,形成导通。

叠栅技术的电流收集路径为:电池表面→导电种子层→导电丝。

叠栅结构的最大优点在于,完全避免了电流在副栅线中平行于电池表面方向的传导,而只有导电种子层到导电丝的垂直于电池表面方向的传导。因此,对于种子层平行于电池表面方向的电阻要求大大降低,从而实现大幅降低银耗量,甚至可以完全不用银!

此外,叠栅技术采用了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。

结合与叠栅技术相匹配的高效电池技术(双polo钝化技术等),以2382*1134组件版型为例,较常规N型TOPCon SMBB技术,采用叠栅技术的单块组件功率,可提高25-30W以上!

采用该技术制作的组件产品,不仅正面功率高,同时还有双面综合功率高、美观、极强的抗隐裂能力、热斑风险低等诸多优势。

02 今年三季度,叠栅组件将量产!

据赶碳号了解,时创能源从三年前开始叠栅技术的自主开发,目前已有一条试验线稳定运行,目前量产线建设已经启动。

将于下周举行的2024年SENC展会上,时创能源将会展出其全新的叠栅组件研发成果。

TOPCon双面POLO电池与叠栅组件相结合的产品,有望在今年第三季度正式量产推出。这两项技术的联动能在有效解决POLO层吸光问题的同时,还能大幅降低银耗。目前,相关组件产品的认证工作正全面推进。

时创能源判断:未来三到五年光伏产业竞争将愈发激烈。公司将继续秉承“蓝海战略”的研发思路,立足对硅材料的深刻理解,坚持以产业化研发为导向,坚持技术创新,从硅片、电池、组件各环节的一体化出发,聚焦行业技术痛点,助力N型技术持续提效降本。

03 关于时创能源

时创能源是一个年轻而富有活力的科学家创业团队,从2009年在江苏溧阳创立至今,已有15年时间。公司的核心基因就是原创技术。

公司创业团队是来自浙江大学硅材料国家重点实验室毕业的博士。目前,公司拥有超过400人的研发技术团队,分布在材料、化学、物理、微电子、机械及电气自动化等领域,其中多人为相关专业领域的博士、硕士。

15年来,时创能源始终致力于解决光伏电池制造过程中的影响光电转换效率的工艺难点,围绕推动行业“降本增效”研发,并推出多款行业内首创或创新型产品。

公司的辅助品类产品包括制绒辅助品、抛光辅助品、清洗辅助品等,主要用于光伏电池生产的制绒、刻蚀抛光、清洗等环节。

公司的设备类产品包括链式退火设备、体缺陷钝化设备、链式吸杂设备等,主要用于光伏电池生产的退火、体缺陷钝化、吸杂等环节。

目前,前五大电池组件企业时创能源已全部覆盖。2023年6月,公司成功登陆科创板。


光伏发是什么意思

光伏发电是根据光生伏特效应原理,利用太阳电池将太阳光能直接转化为电能。 不论是独立使用还是并网发电,光伏发电系统主要由太阳电池板(组件)、控制器和逆变器三大部分组成,它们主要由电子元器件构成,不涉及机械部件。 光伏发电是利用半导体界面的光生伏特效应而将光能直接转变为电能的一种技术。 这种技术的关键元件是太阳能电池。 太阳能电池经过串联后进行封装保护可形成大面积的太阳电池组件,再配合上功率控制器等部件就形成了光伏发电装置。

单晶,多晶硅,薄膜电池发展历程及各种太阳能电池的有缺点 近几年转换效率

1)单晶硅太阳能电池 单晶硅太阳能电池的光电转换效率为15%左右,最高的达到24%,这是目前所有种类的太阳能电池中光电转换效率最高的,但制作成本很大,以致于它还不能被大量广泛和普遍地使用。 由于单晶硅一般采用钢化玻璃以及防水树脂进行封装,因此其坚固耐用,使用寿命一般可达15年,最高可达25年。 (2)多晶硅太阳能电池 多晶硅太阳电池的制作工艺与单晶硅太阳电池差不多,但是多晶硅太阳能电池的光电转换效率则要降低不少,其光电转换效率约12%左右 (2004年7月1日日本夏普上市效率为14.8%的世界最高效率多晶硅太阳能电池)。 从制作成本上来讲,比单晶硅太阳能电池要便宜一些,材料制造简便,节约电耗,总的生产成本较低,因此得到大量发展。 此外,多晶硅太阳能电池的使用寿命也要比单晶硅太阳能电池短。 从性能价格比来讲,单晶硅太阳能电池还略好。 (3)非晶硅太阳能电池 非晶硅太阳电池是1976年出现的新型薄膜式太阳电池,它与单晶硅和多晶硅太阳电池的制作方法完全不同,工艺过程大大简化,硅材料消耗很少,电耗更低,它的主要优点是在弱光条件也能发电。 但非晶硅太阳电池存在的主要问题是光电转换效率偏低,目前国际先进水平为10%左右,且不够稳定,随着时间的延长,其转换效率衰减。 (4)多元化合物太阳电池 多元化合物太阳电池指不是用单一元素半导体材料制成的太阳电池。 现在各国研究的品种繁多,大多数尚未工业化生产,主要有以下几种:a) 硫化镉太阳能电池b) 砷化镓太阳能电池c) 铜铟硒太阳能电池(新型多元带隙梯度Cu(In, Ga)Se2薄膜太阳能电池) Cu(In, Ga)Se2是一种性能优良太阳光吸收材料,具有梯度能带间隙(导带与价带之间的能级差)多元的半导体材料,可以扩大太阳能吸收光谱范围,进而提高光电转化效率。 以它为基础可以设计出光电转换效率比硅薄膜太阳能电池明显提高的薄膜太阳能电池。 可以达到的光电转化率为18%,而且,此类薄膜太阳能电池到目前为止,未发现有光辐射引致性能衰退效应(SWE),其光电转化效率比目前商用的薄膜太阳能电池板提高约50~75%,在薄膜太阳能电池中属于世界的最高水平的光电转化效率。 光伏发电是利用半导体界面的光生伏特效应而将光能直接转变为电能的一种技术。 这种技术的关键元件是太阳能电池。 太阳能电池经过串联后进行封装保护可形成大面积的太阳电池组件,再配合上功率控制器等部件就形成了光伏发电装置。 光伏发电的优点是较少受地域限 制,因为阳光普照大地;光伏系统还具有安全可靠、无噪声、低污染、无需消耗燃料和架设输电线路即可就地发电供电及建设同期短的优点。 光伏发电是根据光生伏特效应原理,利用太阳能电池将太阳光能直接转化为电能。 不论是独立使用还是并 网发电,光伏发电系统主要由太阳能电池板(组件)、控制器和逆变器三大部分组成,它们主要由电子元器件构成,不涉及机械部件,所以,光伏发电设备极为精 炼,可靠稳定寿命长、安装维护简便。 理论上讲,光伏发电技术可以用于任何需要电源的场合,上至航天器,下至家用电源,大到兆瓦级电站,小到玩具,光伏电源 无处不在。 太阳能光伏发电的最基本元件是太阳能电池(片),有单晶硅、多晶硅、非晶硅和薄膜电池等。 目前,单晶和多晶电池用量最大,非晶电池用于一些小系 统和计算器辅助电源等。 国产晶体硅电池效率在10至13%左右,国外同类产品效率约18至23%。 由一个或多个太阳能电池 片组成的太阳能电池板称为光伏组件。 目前,光伏发电产品主要用于三大方面:一是为无电场合提供电源,主要为广大无电地区居民生活生产提供电力,还有微波中 继电源、通讯电源等,另外,还包括一些移动电源和备用电源;二是太阳能日用电子产品,如各类太阳能充电器、太阳能路灯和太阳能草坪灯等;三是并网发电,这 在发达国家已经大面积推广实施。 我国并网发电还未起步,不过,2008年北京奥运会部分用电将会由太阳能发电和风力发电提供。

太阳能电池组件生产工艺流程

太阳能电池组件生产工艺组件线又叫封装线,封装是太阳能电池生产中的关键步骤,没有良好的封装工艺,多好的电池也生产不出好的组件板。 电池的封装不仅可以使电池的寿命得到保证,而且还增强了电池的抗击强度。 产品的高质量和高寿命是赢得可客户满意的关键,所以组件板的封装质量非常重要。 工艺流程如下:1、电池检测——2、正面焊接—检验—3、背面串接—检验—4、敷设(玻璃清洗、材料切割、玻璃预处理、敷设)——5、层压——6、去毛边(去边、清洗)——7、装边框(涂胶、装角键、冲孔、装框、擦洗余胶)——8、焊接接线盒——9、高压测试——10、组件测试—外观检验—11、包装入库;1.2工艺简介:在这里只简单的介绍一下工艺的作用,给大家一个感性的认识,具体内容后面再详细介绍: 1、电池测试:由于电池片制作条件的随机性,生产出来的电池性能不尽相同,所以为了有效的将性能一致或相近的电池组合在一起,所以应根据其性能参数进行分类;电池测试即通过测试电池的输出参数(电流和电压)的大小对其进行分类。 以提高电池的利用率,做出质量合格的电池组件。 2、 正面焊接:是将汇流带焊接到电池正面(负极)的主栅线上,汇流带为镀锡的铜带,我们使用的焊接机可以将焊带以多点的形式点焊在主栅线上。 焊接用的热源为一个红外灯(利用红外线的热效应)。 焊带的长度约为电池边长的2倍。 多出的焊带在背面焊接时与后面的电池片的背面电极相连。 (我们公司采用的是手工焊接)3、背面串接:背面焊接是将36片电池串接在一起形成一个组件串,我们目前采用的工艺是手动的,电池的定位主要靠一个膜具板,上面有36个放置电池片的凹槽,槽的大小和电池的大小相对应,槽的位置已经设计好,不同规格的组件使用不同的模板,操作者使用电烙铁和焊锡丝将“前面电池”的正面电极(负极)焊接到“后面电池”的背面电极(正极)上,这样依次将36片串接在一起并在组件串的正负极焊接出引线。 4、层压敷设:背面串接好且经过检验合格后,将组件串、玻璃和切割好的EVA 、玻璃纤维、背板按照一定的层次敷设好,准备层压。 玻璃事先涂一层试剂(primer)以增加玻璃和EVA的粘接强度。 敷设时保证电池串与玻璃等材料的相对位置,调整好电池间的距离,为层压打好基础。 (敷设层次:由下向上:玻璃、EVA、电池、EVA、玻璃纤维、背板)。 5、组件层压:将敷设好的电池放入层压机内,通过抽真空将组件内的空气抽出,然后加热使EVA熔化将电池、玻璃和背板粘接在一起;最后冷却取出组件。 层压工艺是组件生产的关键一步,层压温度层压时间根据EVA的性质决定。 我们使用快速固化EVA时,层压循环时间约为25分钟。 固化温度为150℃。 6、修边:层压时EVA熔化后由于压力而向外延伸固化形成毛边,所以层压完毕应将其切除。 7、 装框:类似与给玻璃装一个镜框;给玻璃组件装铝框,增加组件的强度,进一步的密封电池组件,延长电池的使用寿命。 边框和玻璃组件的缝隙用硅酮树脂填充。 各边框间用角键连接。 8、焊接接线盒:在组件背面引线处焊接一个盒子,以利于电池与其他设备或电池间的连接。 9、高压测试:高压测试是指在组件边框和电极引线间施加一定的电压,测试组件的耐压性和绝缘强度,以保证组件在恶劣的自然条件(雷击等)下不被损坏。 10、组件测试:测试的目的是对电池的输出功率进行标定,测试其输出特性,确定组件的质量等级。

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