晋能光伏大尺寸多主栅异质结电池生产线　资料图　

讲述人

晋能光伏技术有限责任公司研发高级经理 黄金

这条生产线是晋能光伏在2020年投建的全球首条百兆瓦、大尺寸多主栅异质结电池生产线。如今，该条生产线在市场上依然是主流配置。

异质结电池技术以工艺流程短、转换效率高、双面发电、比同质结有更多的材料选择和效率提升潜力等优势，成为产业化高效电池技术的重点推动方向。早期，应用于异质结电池透明导电薄膜制备关键设备的磁控溅射几乎被国外垄断，一台百兆瓦产能的设备售价高达几千万，国内企业想规模化量产很难实现。更严峻的是，国内相关技术储备匮乏，从业人员经验不足，“设备国产化”成了行业亟待破解的难题。为此，公司决定将透明导电薄膜设备作为国产化的突破口。我主动扛起了主导异质结电池磁控溅射设备设计研发的重任。

研发工作刚启动，“产能与载板稳定性”的矛盾就成了首个拦路虎。光伏产业对产能要求苛刻，要提升产能就得扩大载板面积，但载板越大，结构稳定性越差，变形问题会直接摧毁镀膜精度。我们从材料强度到结构力学，逐一排查可能的解决方案。最终提出“大载板结合小载板分区设计”的核心思路。具体而言就是，以强度高的金属材料形成载板的骨架，保证整体稳定性，嵌入小载板实现载板变形量的精确控制。这个方案不仅解决了变形问题，还具备了拆卸方便、制造难度低的优势。当第一台搭载该结构的试验设备成功运转，载板变形量控制在行业最优范围时，我们打赢了第一仗。

解决了载板问题，硅片支撑与镀膜面积的平衡成了新挑战。镀膜时需预留掩膜区域支撑硅片，当时行业常规1mm宽左右的掩膜虽能稳定支撑，但浪费了大量可镀膜空间。我们将掩膜区域整体缩至0.6mm，同时把几个核心支撑点加宽到0.8mm。最终，这套结构让电池光电转换效率提高了0.2%以上。

随着产能需求升级，腔体增大后水汽控制的难题浮出水面。透明导电薄膜对水汽极度敏感，硅片、载板带入的水汽会严重影响薄膜性能。我们以“源头控制+实时监测”双管齐下，联系设备厂家，增设冷阱、预热腔，并优化了水汽检测装置的安装位置。经过双方共同调试，腔体水汽含量稳定在合格范围，电池转换效率再提高0.1%以上，这一次的联合攻关，让设备的环境控制能力达到了新高度。

为了提高靶材寿命，我们提出“双向脉冲DC电源”的创新方案——负向电压实现溅射，正向电压让电子清洁靶材表面。并联合设备厂家攻克了双向脉冲信号稳定输出的难题、优化了放电模式的切换逻辑。最终，靶材寿命延长至整个生命周期，减少了停机打磨带来的人力和物力浪费。

像这样的发明创造还有很多，磁控溅射沉积透明导电薄膜的相关技术已授权17项国家专利，带动更多企业投身HJT量产。当看到国产化设备在公司生产线稳定运行，其转换效率比进口设备高0.3%、产能达4倍、价格仅为一半时，我知道，我们不仅打破了国外垄断，更开创了“自主设计+厂家协同”的设备研发新模式。

未来，研发团队将继续联合更多企业，在光伏技术创新的道路上不断前行。