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HJT降本增效終局技術?電鍍銅産業化漸進裝置商迎機遇

作者:第一财經

成本昂貴是制約HJT電池大規模産業化的主要原因之一。其中,銀漿成本約占HJT非矽成本的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。用電鍍銅栅線來代替絲網印刷銀栅線,可達到大幅降低銀漿耗量的目的,目前被視為HJT電池降本增效的主要路徑之一。

近日随着通威基本驗收太陽井200MW中試線及國電投驗證羅博特科600MW裝置,電鍍銅産業化現加速迹象。華泰證券認為,電鍍銅産業化後成本有望大降,疊加其較銀漿可将光電轉換效率提升0.3%-0.5%進而攤薄全鍊生産成本,電鍍銅有望成為HJT降本增效的終局技術。

電鍍銅技術已曆經近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技術采用真空蒸鍍栅線後再加以電鍍,提升均勻性及高寬比,單晶矽電池轉換效率達19%,并進行了量産。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矽片的接觸面積,進而将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電池元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,第四個月就衰減到隻有50%左右,冥王星計劃是以停擺。

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,通過電鍍銅連接配接6英寸矽基闆的透明導電氧化層,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栅線HJT電池中試線,2021年轉換效率達24.5%。

HJT降本增效終局技術?電鍍銅産業化漸進裝置商迎機遇

2022年,随着N型電池元件占比逐漸提升,電鍍銅迎來了廣闊發展空間。

N型電池技術中産業化程序較快的是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正常的高溫銀漿更高,這使得HJT的市場佔有率被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、栅線形貌更好且栅線寬度更細,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,銅栅線與TCO的接觸電阻低于純銀栅線。不同于銀漿料與TCO接觸時存在較多孔洞導緻電阻增加,電鍍銅栅線内部緻密且均勻,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。

栅線方面,銅栅線的形貌相比銀栅線更好,并且電鍍銅的圖形化裝置可以使銅栅線的線寬更細,若使用LDI雷射直寫裝置,在實驗室條件下可滿足5μm以下線寬的銅栅線曝光需求,量産線最小可實作15μm,而銀栅線的細栅寬度在30μm左右。

“電鍍的栅線相比于普通絲網印刷的栅線,能夠做到更窄一些。”上述工程師表示,絲網印刷的栅線高寬比一般是1:4,電鍍的話能夠做到1:2,這樣就可以把栅線做得更窄、更高一些,進而減少遮光面積,遮光面積一旦小了,電池效率就高了。

此外,如果栅線做窄,其與矽接觸的金屬部分也會變小,相當于太陽能電池的表面複合速率會減少,是以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,可以實作0.3%-0.5%的效率提升。

HJT降本增效終局技術?電鍍銅産業化漸進裝置商迎機遇

成本方面,某光伏元件企業相關人士以及滬上一位基金經理均對第一财經表示,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栅線電極,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争。“銀包銅技術可以将銅顆粒包括在銀漿層裡面,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。東吳證券資料顯示,50%、30%銀包銅的邊際非矽成本約為0.06元/W、0.04元/W,低于上述的0.135元/W。

但業界預計,随着裝置國産化和規模放量,電鍍銅成本有望降至0.05元/W。上述基金經理也表示,電鍍銅量産成本最終應該可以追平銀包銅方案,但具體時間尚難确定。

華泰證券認為,随着電鍍銅量産後成本基本追平銀包銅,疊加電鍍銅較銀漿可将電池轉換效率提升0.3%-0.5%進而攤薄全産業鍊生産成本,電鍍銅有望成為HJT降本增效的終局技術。

産業化推進,電鍍銅裝置市場放量可期

電鍍銅技術的成熟和大規模使用将在一定程度上決定HJT的放量時間。“電鍍銅技術已經可以用了,目前 HJT投資回報時間還是比TOPCon長,大面積推廣估計在明年。”上述基金經理稱。

據天風證券,預計2023-2026年HJT新增擴産分别為55、80、120、200GW,其間電鍍銅在新擴産HJT中的滲透率預計分别為2%、10%、25%和50%。

随着電鍍銅産業化推進,相關裝置廠商将率先受益。

電鍍銅的工藝流程可分為種子層制備、圖形化、金屬化(電鍍)和後處理四個環節,其中,圖形化和金屬化是重點。

HJT降本增效終局技術?電鍍銅産業化漸進裝置商迎機遇

圖形化是決定栅線寬度的核心環節,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,其材料主要分為幹膜、濕膜。曝光顯影是将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(雷射直寫)、雷射開槽以及噴墨列印等。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,代表企業分别為蘇大維格(300331.SZ)、芯碁微裝(688630.SH)。

2023年4月,芯碁微裝太陽能電池光刻裝置量産機型SDI15H已經發貨至光伏龍頭企業,該機型是公司光伏太陽能裝置首機的更新機型,支援HJT銅電鍍、XBC電池工藝。據悉,該公司太陽能電池光刻裝置2022年完成了從0到1,目前正在配合下遊應用場景驗證,量産機型已經開始發貨,并不斷開拓更多下遊客戶。

“邁為股份(300751.SZ)是一家做圖形化裝置的公司,和其他公司合作電鍍工藝,目前能把栅線寬度做得很好,高度可以做到7μm,寬度9μm,2022年9月最新的效率資料是26.41%。”上述工程師表示,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将進入中試階段。

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,也是銅栅線制備的最終環節。

電鍍方式大緻可分為5類,分别是單面的光誘導式水準電鍍、雙面的水準電鍍、挂鍍式、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、水準電鍍和VDI是目前主要方式。

東威科技(688700.SH)第二代光伏垂直電鍍裝置已認證客戶驗證,第三代光伏鍍銅裝置還在制造中,已實作8000片/小時光伏垂直鍍銅裝置研發,預計2023年上半年發送至客戶處驗證。

捷得寶開發的第一台雙面水準電鍍樣機,可以成功電鍍HJT雙面電池、HJT無種子層電鍍、無主栅HJT電池、疊瓦PERC電池、雙面TOPCon電池、日本HBC電池。

寶馨科技(002514.SZ)已研制出單道水準電鍍中試線,目前正推進整線裝置整合、工藝開發和量産化研究,預計2023年底可達到量産化裝置水準。

羅博特科(300757.SZ)首創開發了VDI電鍍方案,于2022年12月傳遞裝置,目前已經完成銅電鍍裝置第一階段工藝可行性測試,各項名額基本達到預期,目前正在進行第二階段測試,對裝置單産、碎片率等名額進行檢驗。

HJT降本增效終局技術?電鍍銅産業化漸進裝置商迎機遇

東吳證券預計,2024年電鍍銅将出現GW級産線,産業化後電鍍銅裝置産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年電鍍銅裝置市場空間為30億元,2023-2025年CAGR達260%。

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