N型电池对光伏胶膜的新要求！
信息来源：智汇光伏（本文由“ZPVA光伏新材料大会”整理后发布,转载请注明出处）
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光伏胶膜作为封装辅材，具有五大功能-“粘结、透光、保护、支撑、绝缘”。胶膜能给电池片提供一个弹性的支撑，同时也能减少水汽等对电池片的侵蚀。所谓“一代电池，一代胶膜”，胶膜技术是跟电池技术一起与时俱进的。
图1：光伏组件结构
电池最核心的部分是PN结，晶体硅太阳能电池采用的衬底包括硼或者镓掺杂的P型和磷掺杂的N型硅衬底。晶硅电池目前有两个主要的趋势：
1）硅衬底从P型逐渐转到N型，尽管这会增加一定的成本，但也会提高效率，例如N型硅片具有更高的体少子寿命并且没有所谓的光致衰减（LID）。
2）电池技术方面，其结构从常规的高温同质PN结扩展到低温硅基薄膜异质结（HJT）和超薄遂穿钝化接触（TOPCon）结构，以及HJT、TOPCon结构与全背接触（IBC）电池结构的组合等。
而随着高效电池技术的发展，新材料、新结构的引入使电池对封装材料的要求也越来越高，尤其是对于N型HJT和TOPCon电池，需要胶膜在粘结和保护这两个方面有更好的表现。
1）PERC电池
图2：当前主要的晶体硅太阳能电池技术及趋势
钝化发射极背面接触（PERC）是P型电池的主流技术（图2a）。它是通过液态三氯氧磷源在高温下在P型硅表面扩散形成几百纳米磷掺杂层的N发射极，发射极之上用氮化硅作为钝化层和减反射层，用银栅线来收集和传输电子。背面一般先沉积氧化铝和氮化硅双层钝化层，然后用激光线扫描烧蚀这层钝化层暴露出硅衬底，随后对准丝印Al浆料或者全面积Al浆料以及背面银主栅，通过烧结形成局域Al掺杂的P+背场并形成金属接触。
PERC电池面临2个主要问题：光致衰减，采用镓代替硼掺杂能够缓解衰减；电势诱导衰减（PID），对于其产生机制有几种猜想，但是一般认为是EVA（聚乙烯-聚醋酸乙烯酯共聚物）胶膜与水汽发生反应形成的醋酸腐蚀玻璃使其析出了金属钠离子，在高电压驱动下，钠离子穿过胶膜到达电池钝化层或者晶体硅体内，导致电池效率下降。
实验表明，PERC电池背面PID相对于前表面更为严重。从光伏封装材料方面的一种解决方案是使用高体电阻的聚烯烃弹性体（POE）胶膜，一方面，它没有醋酸的产生，另一方面，胶膜体电阻的提高可以降低玻璃上的分压，减弱钠离子的迁移。因为成本的压力，POE膜后来又被换成了POE和EVA复合膜（EPE）。综上，对于PERC电池，其背面PID比较严重，用POE或EPE胶膜替换EVA可以改善。
2）TOPCon电池
TOPCon电池既可以采用P型也可以使用N型晶体硅衬底，但是由于其优异的表面钝化特性只有在高体寿命的硅衬底上才能充分体现,目前基本都是采用N型晶硅作为衬底。其正表面是氧化铝+氮化硅钝化的硼掺杂的发射极，这与PERC是反着的，背面是超薄氧化硅叠加近100nm的磷掺杂多晶硅薄膜（poly-Si）形成的钝化接触结构，外面覆盖了一定厚度的提供氢原子实现硅表面化学钝化的氮化硅薄膜，正面丝印银铝浆直接烧结来制作细栅。由于银铝栅线对酸比较敏感，再加上类似于PERC电池背面的钝化发射极薄膜结构更容易受到PID效应，所以TOPCon的正面胶膜一般也采用POE或EPE。
3）HJT电池
HJT异质结（图2c），它采用了一个全新的结构。一般是N型单晶硅衬底，前后表面首先是本征非晶硅钝化层，然后表面覆盖磷N型硅基薄膜、硼掺杂P型硅基薄膜（背面发射极结构），掺杂层之上是透明导电氧化物以及丝印或者其他金属化方案制备的金属栅线。它步骤简单，效率也比较高，但也存在几个问题，首先不耐水汽，水汽会影响到银栅线与导电氧化物的粘结，还会损害非晶硅这几层，尤其是所谓的第三代异质结技术中这两层掺杂非晶硅层被微晶硅取代后对水汽更敏感了；其次就是紫外光照会损害掺杂层的电导性和本征层的表面钝化特性，所以业界选用胶膜时会考虑高截止型，也就是把紫外光过滤掉牺牲部分光的利用，另一种方案是把紫外光转成可见光，提高光的利用效率；还有一个问题是导电氧化物这层与普通胶膜的粘结力比较低，需要提高。
总的来说， N型电池要求胶膜低水透、高粘结、更稳定。
相应发展起来的胶膜主要有四类，如表1所示。
EVA，当前最常用的种类，便宜，加工性能好，主要缺点是会生成醋酸，黄变较明显，水汽阻隔性相对较差。
POE，综合使用性能优于EVA，加工性能略差，价格高。
共挤POE，为了兼具POE的耐用性，EVA的加工性能和低价格，EPE被开发出来，现在也成了一个主流产品。它有两个额外的问题，一个是E/P界面的粘结力，粘结力不够的话会导致胶膜内部分层；另外就是P层厚度的控制，局部偏薄就可能导致对水汽的阻隔或抗PID的失效，但整体太厚又会显著增加成本，降低竞争力。
表1：当前主要的胶膜种类
对应之前说的电池类型，当前主流的胶膜组合方案见表2。
PERC，因为背面PID的问题，目前双玻采用的是EVA+EPE的方案；单玻是EVA+白色EVA。
TOPCon，双玻，有些客户在使用POE+POE的方案，这是目前最为稳妥的组合，比较激进的做法是使用EPE+EVA；单玻，因为背板的水汽阻隔比不上玻璃，目前比较常见的组合是POE+白色EVA。
HJT，转光或高截止的EPE+EPE；目前也有厂商在尝试丁基胶配合EVA+EVA的方案。
无论是单玻TOPCon，还是HJT，主要痛点都是耐湿热性能的提高。解决这些痛点，胶膜的创新同样可以起到举足轻重的作用。
表2：当前主流的胶膜组合
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