1⃣️ 组件封装技术回顾
嘿嘿，我时常念叨，我们光伏组件背板行业的悲哀，就是现有的电池技术对背板没有什么要求。
只要满足基本的不开裂不脱层就好。如果遇到气候温和的地方，就算背板全降解没了，电池也照样发电。我就用牛皮纸取代含氟背板，做个IEC的环境老化，功率衰减和'齐装满员'的组件没啥区别。
所以憋得各背板供应商满脸通红的找产品价值，结果却是全都在低价的泥潭里挣扎。
好吧，作为背板供应商一员，我承认我委屈偏激了。
专业一点的说。实际上，组件的封装是一个系统工程，过程涉及物理变化和化学变化。材料涉及高分子，无机，有机，金属和非金属材料。相互之间已经形成一个比较有机的整体。失去一个环节并不会很显著的立即带来变化。好比人切去了4/5的胃也能活一样。但并不健康。
回顾FSA项目之前的组件封装，就不是这么有机了。都体会到啥叫简单的工程线性思维。
当时的人肯定是这样想的：由于电池片是一种类似薯片的薄脆平面。为了能在户外长久使用，就用一种刚性很强的衬垫做支撑。但是发现硬而脆的电池不能直接放在衬垫上，就用柔软的透明胶体保护一下。
图片摘自JPL（NASA旗下喷气推进实验室）对FSA项目的第七份报告，详细说明了早期的光伏组件的原始结构，硬的衬垫一般不是玻璃纤维板就是铝盒子，透明胶水是液体硅胶。
早期组件，成本上说，液体硅胶就算现在也价格死贵。工艺上说，灌封工艺效率不高。性能上说，不同材料之间粘结不牢，容易堆积灰尘，水容易渗入腐蚀电池，短路断路都会发生。
这种设计，一看就知道没有专业的材料科学家介入。FSA项目招募了一堆顶级的材料专家和供应商，着手解决这些事情。
FSA项目当中发展起来的五代组件外形，可以看出来电池片的方形设计，更节省空间，排版效率更高。这是由封装的的需要，去倒逼硅片和电池片改进的。
1985年，当FSA项目结束以后，组件的封装技术基本成型了。一直到2008年左右，都没有太大的变化。主要的原因是电池的发展比较慢，没有大的技术迭代
但是，巨变就从中国的光伏厂商开始崛起之后产生了。
2009年
快速交联EVA：引入了新的交联体系，提高了生产组件的效率。配方一直到现在没有大变化。
2010年
电池栅线数目：2 → 3， 降低组件串阻。
硅片尺寸：128mm → 156mm， 提升电池生产效率，增加组件封装面积
2011年
封装胶膜：紫外高透EVA开始推出，配合电池在紫外波段的效率提升，组件功率提高1%以上。
玻璃：玻璃表面减反射涂层面世，直接把组件功率提高了3%
2012年
封装胶膜：POE商业化，当时除了水汽透过率低对电池保护好一点以外，没啥特别的，价格还贵。
光学管理：3M的焊带反光贴条开始推出，到大规模应用的时候，组件功率最终提升4%。
光伏背板：3A尼龙背板开始出货
2013年
组件结构：双玻组件在中节能开始起量，但是工艺不成熟。价格偏贵。份额可以忽略。
光伏背板：赛伍横空出世，两年时间就干到背板供应商头把交椅。
封装胶膜：白色EVA和白色POE开始配合双玻组件出现，但一开始不能解决溢胶等工艺问题
光伏背板：苏州尚善共挤型聚烯烃背板开始出货。
2014年
电池技术：PERC电池开始量产化，传统全铝背场电池受到挑战。
光伏背板：海外组件制造市场全面转向无氟背板。对于背板是否应该含氟这个出幺蛾子的事情，以后专门整理一下。
2015年
硅片尺寸：电池尺寸进一步增加到156.75mm，三主栅增加到四主栅。
封装胶膜：白色封装胶膜成型，海尤威推出辐照交联的方案，完美解决溢胶问题。
2016年
硅片技术：金刚线切割硅片的技术成熟，单晶电池从此一骑绝尘，多晶电池不再有出头之日。单晶之王隆基站上风口，独步天下
电池技术：双面电池出现，直接推动了双玻组件的发展，从此组件可以双面发电了。
封装胶膜：POE体现出双面电池封装的巨大优势-抗PID衰减
电池栅线数目：4主栅→ 5主栅，光伏组件制造设备国产化号角吹起。
2017年
组件结构：半片电池组件量产：电池尺寸进一步增加到157-158mm，PERC电池效率提升飞速，为了减少组件封装损失，开始把电池切半。
组件结构：双玻组件可以双面发电的事情受普遍认可，比例开始大幅提升。
光伏背板：帝斯曼接手苏州尚善，涉足光伏背板业务。
2018年
电池栅线数目：5栅→ 9栅，焊带反光贴条不能应用于多主栅组件，转向电池片间距贴条。
封装胶膜：海尤威开发EVA/POE/EVA的胶膜结构。解决POE的工艺问题。
光伏背板：透明背板开始出现
组件结构：通威环盛和赛拉弗开始量产叠瓦组件，取消焊接串联电池的传统方式。
2019年
硅片尺寸：隆基推出166mm电池，拉开电池尺寸急速扩张序幕。
玻璃：背面网格玻璃量产，直接推动双玻组件的份额增加到30%以上。
玻璃：双层高透减反射镀膜玻璃面试。
焊接技术：叠瓦组件用到的导电胶水成为一个创业的小热点。
焊接技术：三角焊带出现，叠焊工艺面世
电池技术：N型钝化接触量产（TOPcon）
组件结构：半片电池的组件全面取代传统全片电池的组件
2020年
组件结构：双玻组件增长显著，玻璃供不应求，价格飞涨。
光伏背板：透明背板开始量产，共挤出聚烯烃背板起量
硅片尺寸：直接被几大厂家推到182mm和210mm。
组件结构：面对电池尺寸的增加和玻璃尺寸的限制，新的组件结构开始出现。
以上凭记忆梳理了这十几年的封装技术发展，必定有些疏漏
但由于橙色部分是我直接参与技术研发的，绿色标示是参与应用过的，所以看起来还是非常感慨的。
特别想用3D动图来展示组件结构，其中的电池和材料飞来飞去的替换来说明技术的迭代，旁边配上时间跳动，一定很生动。
不过文字虽然枯燥，但也可以感受一下这飞速发展的光伏制造。体会光伏作为中国制造业的一张名片，这背后的铿锵脚步。
2⃣️ 电池技术迭代面临的挑战
不知道大家有没有发现，从2015年开始，硅片，电池和组件结构的变化速度明显加快
这其中有一个重要的原因，就是制造设备的国产化供应。
硅片面积每增加一次，全产业链的制造设备都要更新或者直接更换。没有国产化的设备做推手，变化不可能这么快。
大胆预测一次，接下来，将是材料供应商作为背后的推手，去成就光伏电池技术的下一次迭代。
为啥这么说？我们先来看未来几年，晶硅电池将有如下众所周知的产业化方向：
~硅片尺寸：最终向210mm统一。看过几个大厂的核算，210的最终成本还是低于180mm，只是现在受限制造工艺和设备不成熟，所以效率和良率需要一些时间去提升。
~电池技术：N型电池开始产业化（P型和N型的区别，翻译的PVE里面有）。TOPCon被认为是N型电池的量产化切入方向。但是TOPCon技术的N型电池没有和现有P型电池拉开足够的效率差距，可能只是一个过渡技术。在支撑N型硅片的上量以后，将很快朝着IBC或者HIT方向变化。
~组件技术：最说不清的就是组件。结构上：叠焊，小间距，三分片，横排电池，叠瓦，smartwire。工艺上：无损切割，焊带压扁，分段焊接。听起来都头大，加在一块还有有各自不同的组合。
~电站技术：适应大尺寸组件的安装方式；大电流或者大电压的系统设计。
这些未来技术发展的方向，材料性能的限制越发突出起来。比如大尺寸硅片切割用的金刚线，比如新电池用的浆料或者靶材，比如大电流设计需要高耐热的封装，而大电压设计对材料的电性能将提出挑战（现在1500v的PID都有点搞不定，电压提升是个问题）。
具体到组件封装，稍微跳开现有封装工艺或者结构差异上的纠缠。新的电池技术，需要组件的封装做什么？
对于现有PERC双面技术，那就是用EVA解决PID问题了。因为POE的国产化还有比较长的距离。
白色EVA能够得到比较好的抗PID性能，这其中的原因可以好好考虑一下，无论是水阻隔，还是离子迁移阻隔。是不是可以应用到透明EVA中？而白色EVA的粒子有些差异，是不是一个重要因素？
我想一个不太复杂的对比实验就可以提供一些方向。这当然需要组件和胶膜供应商共同合作了。
N型电池就比较复杂了，复杂在现有技术做得太成功，成本太低。新的技术想要抬头，就好比需要翻越活化能曲线一般，使用新技术，会承担比较长时间的亏本的状态。
回顾PERC电池技术的上量，也有同样的问题。
第一，一点点成本的增加就会吃掉企业本来就不多的利润
第二，电池生产线是重资产，万一技术路线没有选对，大量的投资就白瞎了。
第三，就算选对了技术路线，作为后来投资者，通过相同设备厂商的学习，可以得到更好更便宜的产线。先上量的企业，三年以后，设备折旧才开始，设备生产的东西就已经不具备竞争力了，会非常被动。
这个困局，我觉得现在有了些转机。
转机来自光伏市场的需求多元化。
现在的市场环境可以说历史最佳。对于光伏能源，前有缓解温室气体恶化环境的责任开路，后有能源格局优化的战略压阵，左边是各国政策鼓励，右边是堪比传统能源的成本比肩。上有2020年直指天际的股市，下有我们这些喝点小酒就开心的劳工。
所以，全球市场开花，并且已经渐渐有了很多细分领域。这些多元化的应用需求，必然有一些不是成本至上的情况。
比如屋顶黑色组件市场需求，自2018年开始就加速扩大。由于面对的是类似家庭消费市场，对于价格的敏感度不高，但是有更多的外观需求和功率要求。
要是能有漂亮外观的，和地面电站看起来不一样的，还有高功率可以满足屋顶有限空间下发电量最大化的组件产品。
配上一些技术噱头的宣传，拉开和现有庸脂俗粉一般的组件差距。再佐以环保绿色的高逼格生活理念。我想一定既能打出品牌，又可以赚取高额利润。再把这些民用市场的品牌效应带到工业市场，欧洲地区的销路不就这么打开了么？
可惜这几年组件厂都做了些啥事情？连个颜色都控制不好。。。哈哈，算了，都是兄弟，不这么说大家。。反正我就是YY，我也做不好。
但对于N型电池来说，这是一个不错的切入点。一方面，通过细分的高附加值市场承载更高的初期成本。
另一方面，寻求一些新的封装技术，去降低电池和硅片的成本。让新技术有一个能算得过来的商业模式，在不断的量产中完善新技术，培养上下游供应商，和设备厂商一起学习，搭建技术专利壁垒。为低成本的量产做准备。
考虑新电池两个比较重要的成本来源——硅片和银浆。封装技术中的导电背板，smart wire和叠瓦的方式是比较有潜力的。
摘自DSM的一份关于导电背板的公开报告，右下角依次就是导电背板，叠瓦和smartwire的封装方式。
导电背板是粘结的方式连接电池片到有金属的背板上，再通过金属导电层连接粘结后的每个独立电池
Smartwire是通过离子聚合物把金属丝直接粘结到电池表面，不需要焊接，而且透光，可以做双面组件，非常匹配HIT电池的特性。
叠瓦组件把电池正负极直接粘结，没有焊带，也没有额外的金属层，一度非常火热。但是由于遮挡了一部分电池的受光面积，所以使得组件制造的总电池功率输入和总组件功率输出之间的损失有点大。
这三个技术都是粘结的方式把电池相互连接。
因为现有焊接的方式去连接电池片，使得硅片的厚度没有多少降低的空间。目前就算是170um的硅片厚度，焊接的隐裂都有点难控制了。
但如果单看电池，硅片厚度减到100um，对电池效率是最好的。无奈此厚度下，热金属的焊接方式将带来电池隐裂的灾难，对组件的长期可靠性产生影响。
还是FSA的项目报告中，提到硅片厚度，少子寿命和电池效率的关系。少子寿命对电池效率的影响我马上就要翻译到了。
而且，焊接方式需要有相对较多的银浆料印刷在电池片上，用足够的面积去承载电池和焊带的接触。这些浆料的使用价格高昂不说，还遮挡电池的有效发电面积。
焊接的方式连接电池，作为美国的工业科技界对光伏发展的贡献，可以封在历史的尘埃之中了。将来会是粘接为主导的连接方式统治光伏封装。这是中国制造的贡献。
呲开来说一句，组件的研发和电池研发各自为政，是我们很多一线厂商的通病。要想做到组件技术反哺电池，这中间的隔阂需要在制度和氛围上很好的消除。这方面有一家头部公司我很看好，就不说名字了，免得有找工作的嫌疑。
3⃣️ 尾声
本来想把这篇文章写成硬核的技术讨论。所以我阅读了很多IBC和HIT方面的资料文献，下载了一堆图表，也详细做了导电背板，smartwire和叠瓦组件的优劣对比。但越写越不是味道，感觉很多细节说不清楚。我也缺乏第一手的验证测试数据，对于掌握到的一些信息也不好随便公布。于是我删除了大篇幅的技术讨论，就定性的写个热闹吧。
如果说FSA项目定义了组件的封装技术，为光伏40年的发展打下基础。
如果说组件制造设备的国产化，为行业规模急速成长，制造成本的急速下降做了卓越贡献
那么，如何设计新的组件封装技术和材料，去配合电池发展的需要，将为光伏保持现有如此高的增长，进一步降低度电成本，持续取代传统能源，提供源源不绝的澎湃动力。
联系客服
