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低成本异质结技术解密
2022.03.28

中国光伏产业发展至今,异质结技术因为在技术、产品性能及应用领域等方面优势显著且降本路径清晰,被广泛认为是下一代的主流技术。从异质结电池产业化角度看,技术已经较为成熟,隆基公司公布的硅基异质结电池(HJT)转换效率世界纪录高达26.3%,国内几条异质结产线量产效率部分也能突破25%,而成本居高不下,成了制约异质结发展重要因素。

 异质结电池片.png

降低成本是异质结电池产业化关键

太阳电池成本框架中,可分为硅片成本和非硅片成本。目前异质结电池使用的N型硅片厚度普遍在140um左右,由于异质结电池技术可以使用薄片,随着硅片切片技术的进步,异质结电池可降到120微米以下,如100μm至120μm的薄硅片,所以,在硅片成本部分,异质结电池的硅片成本将低于PERC电池,显著优于PERC电池。

因此,成本的差距主要集中在非硅片成本部分,进一步分解,则是因为异质结电池使用的低温银浆成本过高。根据测算,目前双面印刷低温银浆的异质结电池银浆成本约为0.2元/W,明显高于PERC电池银浆成本。低温银浆是丝网印刷工艺的关键材料,银浆用量大、成本高昂,在异质结电池成本中,低温银浆占据总成本的比重约为20%,占电池片非硅片成本比重超50%,低温银浆的成本降低对于异质结电池产业化的重要性不言而喻。

 

降低银浆的主要路径                                                                      

异质结电池降本的路径清晰,降低低温银浆成本的路径有以下四种:

第一、降低低温银浆单耗。现有常规异质结电池通常采用双面印刷方案,银浆单耗为28mg/W,使用量较大,降低低温银浆的单耗是降低成本的主要路径之一;

第二、低温银浆的国产化。全球的低温银浆市场主要被日本京都电子、德国汉高公司、美国杜邦公司等占据,市场占有率80%以上,进口低温银浆价格约8500-9500元/KG,价格昂贵。低温银浆国产化后的市场价格区间在6500-7500元/KG。低温银浆实现国产化后,降本幅度可超过20%;

第三、使用银包铜等新型复合型浆料。这条路径主要是通过工艺改进,降低浆料中的银含量,如在浆料中添中廉价金属铜粉等;

第四、使用电镀铜替换低温银浆,彻底不再使用银浆;使用电镀铜工艺,可以做到免银浆,电镀铜的价格相比于低温银浆具有巨大的优势。

 

几种降本路径的问题点

以上降低低温银浆成本的几种路径发展并非齐头并进,每一条路径都有其独特的优势存在,但是有些路径的劣势也一样明显:

一、降低银浆使用量。该条路径是通过主栅图形的优化设计和细栅的细线化等,来降低低温银浆的使用量,这是目前降低银耗的主要方式。但仅靠不同网版的设计与优化,降低银浆耗用量有限,目前最优网版设计,每瓦的银浆耗用量也需要28mg,降本的幅度不大。

但该降本路径的发展近期有了重大突破,金石能源推出的低银耗技术,将低温银浆的使用量降低的技术推向一个新高度,其低温银浆单耗为13mg/W,相比较于常规异质结电池28mg/W的低温银浆单耗,使用量降低了50%,根据记者了解,这项技术并非通过网版设计优化来实现的。

二、低温银浆国产化。国内厂商如晶银公司、聚和公司等,均已开发出低温银浆。在国产低温银浆导入异质结量产方面已有成功案例,2021年,福建钜能电力有限公司使用国产低温银浆生产的HJT电池超过1000万片,约60MW,经过批量化生产验证,充分证实了国产低温银浆大规模应用量产成功。但是,国产低温银浆替代进口低温银浆尚需时日。

三、使用银包铜复合型浆料。银包铜技术是用银覆盖铜,通过不断调整银与铜的掺杂比例以提高光电转化效率。银包铜技术主要是降低低温银浆中银粉含量,用铜粉替代部分银粉,通过降低银粉的使用量来降低低温银浆成本。

该条路径的主要问题在于产品的性能具有不确定性,掺杂了银和铜两种不同金属,银包铜粉的品质决定了低温银浆的性能,直接影响到银包铜材质的可靠性,此外,银包铜的稳定性和长期可靠性都有待进一步验证,市场接受程度并不高。

四、电镀铜工艺。最大的优势便是使用金属铜代替部分或全部的金属银,材料成本价格低廉,且双面金属化可以同时完成。电镀铜成本优势明显,但是工艺劣势也明显,主要在于工艺流程比传统的丝网印刷工艺更长,设备投资成本高,根据估算,每GW需超过1亿以上的投资。此外,电镀具有严格的污染物排放标准,环保压力大,随着环保政策的加紧,电镀项目的审批将更加困难。

从以上各路径的发展现状看,低银耗技术是降低成本最有效方案,金石能源的低银耗技术降本效果最为突出。

 

低银耗异质结技术解密

据悉,低银耗异质结技术采用背面PVD镀铜层,是金石能源的一项专利技术。该技术与银铜混合的“银包铜”工艺完全不同,在材料开发和制作工艺方面,其采用“正面银浆、背面镀铜”方案,做到了正面使用低温银浆,背面采用PVD镀铜层技术,仅需保留少量背面细栅,大幅度减少了银浆的使用量。电池的低温银浆单耗仅为13mg/W,栅线电极成本可降至0.09元/W。

低银耗.png

该技术采用的是PVD铜和ITO同时镀膜,可在同一条PVD线上实现,工艺简单,不需要任何的电镀工艺,也没有相关环保问题,且是在现有PVD设备上开发出来,生产流程简洁,良品率高,更容易实现产业化。背面PVD镀铜层工艺可使金属铜与银浆电极的接触电阻的控制达到平衡,而不影响效率,量产工序简单。

 

随着国内诸多企业纷纷投资异质结项目,异质结电池产业化之路已经开启,有效的降本必是产业化之路上必须清除的最大障碍,而正如以上的分析,降低低温银浆成本是重中之重。

从目前各降低成本路径发展现状看,金石能源的低银耗技术使低温银浆使用量降低到了13mg/W,成本大幅降低,成为了降本最优的选择之一。不仅于此,金石能源提供的低成本异质结方案——“低银耗技术+国产低温银浆+120μm薄硅片”,结合了多重降本路径,使产品已然具有很强的竞争力:使用PVD铜的低银耗技术后,HJT电池非硅成本为0.25元/W,在非硅成本上约比PERC电池高0.07元/W,但当使用120μm薄硅片时,HJT的硅成本要比PERC电池低0.07元/W,所以综合成本(硅+非硅)上,HJT电池的成本已与PERC电池相当。成本的大幅降低,将是异质结电池规模产业化迈出的一大步。 


转载自《索比光伏网》公众号

原文链接:https://mp.weixin.qq.com/s/ME7QE1XlxT_2hB4lRN7XWg



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