Entwicklungsrichtung des photovoltaischen Silberpastenersatzes

Der Austausch von Silberpaste kann die Hauptrichtung der Kostensenkung sein. Da Paste einen hohen Anteil an den Nicht-Silizium-Kosten von Batterien ausmacht, war die Reduzierung des Stückverbrauchs an Silberpaste schon immer die wichtigste Kostensenkungsrichtung bei der Batterieverbindung. In der Vergangenheit wurde die Kostensenkung hauptsächlich auf zwei Wegen erreicht:

(1) Reduzieren der Breite des Feingitters

(2) Erhöhung der Anzahl der Hauptnetze. Wenn das Hauptgitter vergrößert wird, wird die Breite dünner und der Silberverbrauch verringert.

Im Silbersystem ist die Reduzierung des Pastenverbrauchs begrenzt, hauptsächlich weil die Effizienz der aktuellen Batteriezellen höher ist und die Aufgabe der Paste darin besteht, Strom zu sammeln. Es ist schwierig, die relative Einsatzmenge weiterhin deutlich zu reduzieren. Daher könnte der Ersatz von Silber durch ein kostengünstigeres Metall die Hauptrichtung der Kostensenkung sein.

Aluminiumpaste wurde schon früher verwendet, bei der großflächigen Anwendung gibt es jedoch gewisse Herausforderungen. Aluminium ist ein in der Industrie häufig verwendetes Metall und kann in großen Mengen für die Photovoltaik-Herstellung geliefert werden. Es ist kostengünstig und kann die Nicht-Silizium-Kosten von Photovoltaikzellen erheblich senken. In der PERC-Ära wird seit vielen Jahren Hochtemperatur-Aluminiumpaste verwendet. Der spezifische Widerstand von Aluminium beträgt etwa das 1,7-1,8-fache des von Silber. Obwohl der Verlust des Leitungswiderstands durch Erhöhen der Leitungsbreite oder durch Hinzufügen von Silizium zur Aluminiumpaste ausgeglichen werden kann, um die Reaktion zwischen Aluminiumpaste und Polysilizium zu hemmen, wodurch die Grenzflächenrekombination verringert und die Batterieöffnungsspannung erhöht wird, besteht immer noch eine gewisse Abstand zu Silber in Bezug auf den spezifischen Widerstand.

Darüber hinaus ist Aluminium schwer zu formen. Unter den strengeren Anforderungen an das Seitenverhältnis und den spezifischen Widerstand der Gitterlinien gibt es immer noch gewisse Herausforderungen bei der anschließenden großtechnischen Anwendung hocheffizienter bifazialer Zellen.

Kupferpaste macht Fortschritte. Der Widerstandsunterschied zwischen Kupfer und Silber ist gering. Die Industrie hat bereits einige Fortschritte bei der Anwendung von Kupferpaste erzielt.

Im Jahr 2020 brachte FuturaSun die „ZEBRA“-Serie von N-Typ-IBC-Modulen für den europäischen Haushalts-Photovoltaik- sowie Industrie- und Gewerbemarkt auf den Markt, bei denen Kupferpaste in der Paste verwendet wird. Kupferelektroden weisen gute elektrische Eigenschaften und Stabilität beim Schweißen auf:

a) Beim Schweißen erreicht die Schälkraft bei einer Erhöhung der Schweißtemperatur auf 440 Grad 0,76 N/mm, was nahe an der Schälkraft herkömmlicher Stromschienen aus Silberpaste liegt;

b) Im Hinblick auf die elektrische Leistungsstabilität bleibt die elektrische Leistung aller Komponenten vor TC600 stabil und weist eine gute thermomechanische Stabilität auf.

Die Forschung und Entwicklung von Kupferpaste ist schwierig, und es wird erwartet, dass auch andere Ansätze die Schwierigkeiten bei der Anwendung von Kupferpaste lösen können. Bei der Anwendung von Kupferpaste muss nicht nur die Pastenverbindung berücksichtigt werden, sondern auch die Schwierigkeit nachgelagerter Batteriehersteller, eine Zusammenarbeit umzusetzen. Für die Pastenverbindung selbst besteht der Kern der Anwendung von Kupferpaste darin, drei Probleme zu lösen:

1. Die Oxidationsfähigkeit von Kupfer:Kupfer ist beim Hochtemperatursintern aktiver und oxidiert leichter, und eine Antioxidationsbehandlung ist besonders wichtig;

2. Verbreitung:Silberpaste bildet nach dem Sintern eine Legierung und Kupfer diffundiert beim Sintern leicht auf der Batteriezelle. Kupferatome beeinflussen eher den PN-Übergang;

3. Schweißstabilität:ZEBRA-Komponenten haben beim Schweißen große Fortschritte gemacht, und die Schälkraft liegt nahe am Schälniveau herkömmlicher Stromschienen aus Silberpaste, es besteht jedoch immer noch eine gewisse Lücke.

Darüber hinaus gibt es für Kupferpaste möglicherweise unterschiedliche Lösungen hinsichtlich der Auswahl des Kupferpulver-Rohmaterials, der Nachbearbeitung (z. B. Antioxidation), der Formulierung, der Zusatzstoffe, der spezifischen Sinterdetails usw. und der zu erwartenden Branchenbarrieren höher.