光伏的技术革命,一是降本、二是提效。每一个方向上,都是你死我活的较量。
在提效方面,BC阵营与TOPCon军团的你追我赶——前者刚创下670W的组件效率纪录,就迅速被后者追平。
在降本方面,拥硅为王时代围绕硅片薄片化,银价暴涨周期里则围绕如何降银甚至最终实现“此地无银”。特别是对于银耗量不占优势的异质结电池技术路线来说,光伏降银的技术革命,更是直接关乎兴亡胜败。
多年以来始终坚持差异化策略的东方日升,这次又走到了前面!
01浆料去银,大势所趋
当前HJT电池的成本结构中,SMBB+细栅50%银包铜的电池成本约0.38元/W,其中硅片成本约0.12元/W,占比31%,与TOPCon基本无差异;非硅成本约0.26元/W,其中浆料和靶材占电池总生产成本的39%,占非硅成本的55%。
光伏用银浆以白银为主材,主要用于太阳能电池栅线的制作,其成本目前已经占整个太阳能电池非硅成本的30%以上,且占比仍在抬高。
根据世界白银协会的预测,到2050年光伏用银浆将消耗世界总银量的90%,整个行业很有可能将面临无银可用的局面。去银化,已经成为光伏领域研发突破的重点。
在这一背景下,纯铜浆料技术作为光伏行业的一项前沿技术,正以其独特的优势和潜力,成为行业主要的研究方向。
目前,在东方日升的异质结伏曦电池片产线上,铜浆的测试导入和量产工作正在有条不紊地展开。据东方日升披露,从目前的产线结果来看,铜浆在异质结产品上的应用,已经取得了非常好的结果——在保证电池效率的前提下,能够使得电池单瓦纯银耗量,从现在的6mg/W下降至0.5mg/W!
图1 纯铜浆料 印刷栅线电镜图
02HJT电池结构和低温工艺,更适合铜浆
对浆料自身而言,铜浆的应用核心在于解决铜在电池高温烧结情况下的稳定性。
首先,铜本身就较为活泼,在高温烧结过程中容易被氧化,所以在铜浆使用过程中,对铜的防氧化处理尤为关键;其次就是铜离子的扩散,传统银浆烧结后形成合金,而铜浆如果也要进行同样的高温烧结工艺,在烧结过程中由于高温,铜元素则容易在电池片上扩散和渗透,形成深能级中心,从而破坏钝化效果,影响到电池性能。
对于PERC、TOPCon和BC技术等不同电池结构来说,电池外层膜层均为绝缘材料。为了能够让电池栅线和电池的硅材料之间形成良好的欧姆接触,就必须要采用高温烧结(700-800℃左右)的方式,将栅线“烧穿”电池表面的绝缘材料,使栅线直接和硅材料进行接触,从而形成合金和有效连接。
在这种工艺条件下,如果是银栅线,则直接采用这种“烧穿”工艺即可;但是在使用铜浆的情况下,为了避免高温过程中铜被氧化以及铜在电池片上的扩散渗透,就需要分两步走:先制作“种子层”来烧穿绝缘材料,以便和硅材料形成良好接触,然后再采用铜浆,这无形中也带来了工艺复杂度和成本的增加。
但是对于异质结技术路线来说,在使用铜浆上,远不需要这么麻烦。
由于异质结电池结构的最外层就是导电的TCO膜,不需要高温烧结,电池的栅线就可以直接和其连接形成良好的欧姆接触。所以,在使用铜浆来制作异质结电池的栅线的时候,就不需要考虑额外制作种子层,这样就不会带来工艺复杂度和成本的增加。
东方日升的研究团队通过大量测试发现,硅片表面仅10nm厚度的TCO,就可以在温度小于650℃ 时有效阻挡铜离子的渗透,而HJT电池正背面TCO层厚度均达到了80nm。
由于TCO层的阻挡,铜不易扩散和渗透进电池内部,并且HJT全程是处在不超过200℃的低温制程中。所以说,异质结技术路线非常适合和匹配铜浆材料和工艺。HJT电池搭配铜浆,不但工艺更简单,同时还具备更高的可靠性。
工欲善其事必先利其器。
对于异质结产线来说,只需进行几个核心步骤的设备改良,即可与传统的金属化工艺兼容,这为光伏电池提供了一个平滑的技术转型路径。无需大规模改造现有生产线,即可实现纯铜浆料的应用,这也大大降低了技术升级的成本及风险。
纯铜浆料技术,作为光伏行业的一项重要创新,尤其是对异质结产品来说,不仅在降低成本方面具有更加显著的优势,还在提升电池效率和简化制造工艺方面展现出巨大潜力。随着东方日升等企业在该领域的持续研究和应用推广,纯铜浆料技术有望成为未来光伏电池制造的主流选择,也必定会推动异质结技术更加具备竞争力。
后记
铜,镌刻进了中国的历史长河。从夏商周到秦汉,铜,铸就了璀璨的华夏文明。
当今,大国光伏站在世界之巅,而基于铜的纯铜浆料技术,将推动光伏技术革命,为人类脱碳与能源转型赓续辉煌。$东方日升(SZ300118)$
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(来源:赶碳号的财富号 2024-12-03 00:10) [点击查看原文]