成本昂貴是制約HJT電池大規模產業化的主要原因之一。其中,銀漿成本約占HJT非硅成本的50%。
光伏銅電鍍是利用電鍍的方式在透明導電薄膜(TCO)上沉積金屬銅的電極制備工藝。用電鍍銅柵線來代替絲網印刷銀柵線,可達到大幅降低銀漿耗量的目的,當前被視為HJT電池降本增效的主要路徑之一。
(資料圖片僅供參考)
近日隨著通威基本驗收太陽井200MW中試線及國電投驗證羅博特科600MW設備,電鍍銅產業化現加速跡象。華泰證券認為,電鍍銅產業化后成本有望大降,疊加其較銀漿可將光電轉換效率提升0.3%-0.5%從而攤薄全鏈生產成本,電鍍銅有望成為HJT降本增效的終局技術。
電鍍銅技術已歷經近20年發展
早在2004年,美國SunPower公司就在Maxeon系列的IBC電池上采用了電鍍銅技術。
2009年,無錫尚德推出Pluto計劃,即冥王星計劃項目。
據悉,Pluto技術采用真空蒸鍍柵線后再加以電鍍,提升均勻性及高寬比,單晶硅電池轉換效率達19%,并進行了量產。與傳統的絲網印刷技術相比,采用Pluto技術的電池正面電極更窄,可以減少陽光的遮擋并減少與硅片的接觸面積,進而將電池的功率輸出提高了近12%。
據某光伏企業技術研究所副總工程師介紹,Pluto電池組件當時曾應用在西藏的一個電站中,出貨量約為幾十瓦。但是,電站發電效率從第三個月開始迅速下降,第四個月就衰減到只有50%左右,冥王星計劃因此停擺。
2010年-2021年,電鍍銅的技術研發一直在繼續。
其間在2011年11月,日本Kaneka公司和比利時IMEC微電子研究中心在第21屆國際光伏科學和工程大會上展示了無銀HJT電池,通過電鍍銅連接6英寸硅基板的透明導電氧化層,轉換效率超過21%;2015年11月,Kaneka公司宣布電鍍銅HJT效率創紀錄達25.1%。
2018年,國電投建立兆瓦級電鍍銅柵線HJT電池中試線,2021年轉換效率達24.5%。
2022年,隨著N型電池組件占比逐漸提升,電鍍銅迎來了廣闊發展空間。
N型電池技術中產業化進程較快的是TOPCon和HJT,二者在制作過程中都需要消耗雙倍的銀漿量。其中,HJT使用的低溫銀漿價格較常規的高溫銀漿更高,這使得HJT的市場份額被TOPCon反超。HJT要想在N型電池領域和TOPCon并駕齊驅甚至成為主流,亟需通過電鍍銅等技術進一步降本增效。
電鍍銅具多重優勢,HJT降本增效終局技術?
相較于傳統絲網印刷技術,電鍍銅的導電能力更強、柵線形貌更好且柵線寬度更細,而且成本相對較低。
導電能力方面,首先,純銅的電阻率顯著低于低溫銀漿。電鍍銅工藝制備的銅電極為純銅,銅金屬化電極電阻率為1.7Ω?m;而低溫銀漿是銀粉和有機物等的混合物,并且受HJT電池工藝溫度的影響,低溫銀漿電阻率高達6~10Ω?m
其次,銅柵線與TCO的接觸電阻低于純銀柵線。不同于銀漿料與TCO接觸時存在較多孔洞導致電阻增加,電鍍銅柵線內部致密且均勻,與TCO接觸更優,有效減小電極與PN結的接觸電阻,功率損耗也更小,電池片的轉換效率相對也較高。
柵線方面,銅柵線的形貌相比銀柵線更好,并且電鍍銅的圖形化設備可以使銅柵線的線寬更細,若使用LDI激光直寫設備,在實驗室條件下可滿足5μm以下線寬的銅柵線曝光需求,量產線最小可實現15μm,而銀柵線的細柵寬度在30μm左右。
“電鍍的柵線相比于普通絲網印刷的柵線,能夠做到更窄一些?!鄙鲜龉こ處煴硎?,絲網印刷的柵線高寬比一般是1:4,電鍍的話能夠做到1:2,這樣就可以把柵線做得更窄、更高一些,從而減少遮光面積,遮光面積一旦小了,電池效率就高了。
此外,如果柵線做窄,其與硅接觸的金屬部分也會變小,相當于太陽能電池的表面復合速率會減少,因此太陽能電池的少子壽命(少數載流子壽命)會變高,電池效率也會相應增加。
綜合這些優勢,銅電鍍技術相較于傳統的絲網印刷技術,可以實現0.3%-0.5%的效率提升。
成本方面,某光伏組件企業相關人士以及滬上一位基金經理均對第一財經表示,電鍍銅可以起到降本作用。
截至2023年6月,電解銅現貨價為66元/kg,而低溫銀漿價格高達約6000元/kg,電鍍銅材料成本僅為銀漿材料成本的1/100。
由于電鍍銅是采用金屬銅作為柵線電極,可完全代替銀漿。與HJT傳統絲網印刷工藝的0.271元/W成本相比,電鍍銅工藝的成本為0.135元/W,下降約50%。
但是,電鍍銅還要面臨與銀包銅的競爭。“銀包銅技術可以將銅顆粒包括在銀漿層里面,既能解決焊接問題,又能解決氧化問題,這種技術目前HJT廠家也都在用。”上述工程師表示。
與銀包銅相比,電鍍銅降本優勢并不十分顯著。東吳證券數據顯示,50%、30%銀包銅的邊際非硅成本約為0.06元/W、0.04元/W,低于上述的0.135元/W。
但業界預計,隨著設備國產化和規模放量,電鍍銅成本有望降至0.05元/W。上述基金經理也表示,電鍍銅量產成本最終應該可以追平銀包銅方案,但具體時間尚難確定。
華泰證券認為,隨著電鍍銅量產后成本基本追平銀包銅,疊加電鍍銅較銀漿可將電池轉換效率提升0.3%-0.5%從而攤薄全產業鏈生產成本,電鍍銅有望成為HJT降本增效的終局技術。
產業化推進,電鍍銅設備市場放量可期
電鍍銅技術的成熟和大規模使用將在一定程度上決定HJT的放量時間?!半婂冦~技術已經可以用了,目前HJT投資回報時間還是比TOPCon長,大面積推廣估計在明年?!鄙鲜龌鸾浝矸Q。
據天風證券,預計2023-2026年HJT新增擴產分別為55、80、120、200GW,其間電鍍銅在新擴產HJT中的滲透率預計分別為2%、10%、25%和50%。
隨著電鍍銅產業化推進,相關設備廠商將率先受益。
電鍍銅的工藝流程可分為種子層制備、圖形化、金屬化(電鍍)和后處理四個環節,其中,圖形化和金屬化是重點。
圖形化是決定柵線寬度的核心環節,會直接影響電鍍電池轉換效率,具體工序包括掩膜、曝光顯影等。
掩膜的主要作用是在電鍍環節保護不需要被電鍍的部分,其材料主要分為干膜、濕膜。曝光顯影是將所需要的圖形轉移到感光材料上。目前曝光顯影的工藝主要有傳統掩膜顯影、LDI(激光直寫)、激光開槽以及噴墨打印等。其中,傳統掩膜光刻技術中的投影式曝光及LDI是目前較為主流技術,代表企業分別為蘇大維格(300331.SZ)、芯碁微裝(688630.SH)。
2023年4月,芯碁微裝太陽能電池光刻設備量產機型SDI15H已經發貨至光伏龍頭企業,該機型是公司光伏太陽能設備首機的升級機型,支持HJT銅電鍍、XBC電池工藝。據悉,該公司太陽能電池光刻設備2022年完成了從0到1,目前正在配合下游應用場景驗證,量產機型已經開始發貨,并不斷開拓更多下游客戶。
“邁為股份(300751.SZ)是一家做圖形化設備的公司,和其他公司合作電鍍工藝,目前能把柵線寬度做得很好,高度可以做到7μm,寬度9μm,2022年9月最新的效率數據是26.41%?!鄙鲜龉こ處煴硎?,目前邁為股份和協鑫合作布局電鍍整線供應。
2023年4月,邁為股份在電話會議上表示,電鍍銅、0BB將進入中試階段。
金屬化環節又稱電鍍環節,是在電鍍機的幫助下,利用電解原理生長出銅鍍層的過程,也是銅柵線制備的最終環節。
電鍍方式大致可分為5類,分別是單面的光誘導式水平電鍍、雙面的水平電鍍、掛鍍式、垂直連續電鍍、VDI電鍍(一種插片式太陽能電池片銅電極電鍍裝置及方法)。其中,垂直電鍍、水平電鍍和VDI是目前主要方式。
東威科技(688700.SH)第二代光伏垂直電鍍設備已通過客戶驗證,第三代光伏鍍銅設備還在制造中,已實現8000片/小時光伏垂直鍍銅設備研發,預計2023年上半年發送至客戶處驗證。
捷得寶開發的第一臺雙面水平電鍍樣機,可以成功電鍍HJT雙面電池、HJT無種子層電鍍、無主柵HJT電池、疊瓦PERC電池、雙面TOPCon電池、日本HBC電池。
寶馨科技(002514.SZ)已研制出單道水平電鍍中試線,目前正推進整線設備整合、工藝開發和量產化研究,預計2023年底可達到量產化設備水平。
羅博特科(300757.SZ)首創開發了VDI電鍍方案,于2022年12月交付設備,目前已經完成銅電鍍設備第一階段工藝可行性測試,各項指標基本達到預期,目前正在進行第二階段測試,對設備單產、碎片率等指標進行檢驗。
東吳證券預計,2024年電鍍銅將出現GW級產線,產業化后電鍍銅設備產線投資額有望由目前的2億元/GW降低至約1億元/GW,測算2025年電鍍銅設備市場空間為30億元,2023-2025年CAGR達260%。
(來源:第一財經)
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