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ABC電池的全無銀金屬化量產制造
日期:2023-07-18   [復制鏈接]
責任編輯:sy_wangtian 打印收藏評論(0)[訂閱到郵箱]
銀作為貴金屬,也是應用在工業(yè)領域的稀缺金屬,地球上儲量十分有限,目前除了消費領域外,主要應用在汽車和光伏等工業(yè)領域,近年來,隨著新能源汽車和光伏產業(yè)的發(fā)展,全球用銀量需求迅速增加,新能源電動車單車銀耗有增無減,光伏用銀需求暴增。最近全球白銀期貨現貨價格再攀新高。有專業(yè)人士認為,如果全球年光伏裝機量達到1000GW時,白銀將發(fā)生供應危機,銀耗占光伏成本比重繼續(xù)上升,會嚴重制約行業(yè)正常發(fā)展,目前相關廠商全力尋找解決替代方案,以銅電鍍、銀包銅工藝正在研發(fā)之中。不過愛旭股份用涂布工藝開創(chuàng)無銀化技術,并在其ABC電池完美應用。有人說,此地無銀勝有銀。

1、光伏銀漿——光伏發(fā)電關鍵材料


太陽能電池主要由硅片、鈍化膜和金屬電極組成,其中:光伏銀漿是制備太陽能電池金屬電極的關鍵材料。太陽能電池片生產商通過絲網印刷工藝將光伏銀漿分別印刷在硅片的兩面,烘干后經過燒結,形成太陽能電池的兩端電極。

光伏電池銀漿是光伏電池片制備的核心輔材之一。主要用于制作光伏電池電極,銀漿分為高溫銀漿和低溫銀漿兩種,在不同光伏電池用不同的銀漿能直接影響光伏電池的光電轉換效率與光伏組件的輸出功率。以目前主流的單晶單面PERC電池片為例,電池片成本構成中,硅片占比約為75%,銀漿是成本占比第二高的材料,約占電池片總成本的8.5%,占電池片非硅成本的33% 。

現在光伏電池技術正從P型向N型全面邁進,PERC電池和TOPCon電池使用高溫銀漿,異質結電池使用低溫銀漿。但是,對于白銀的需求,不降反增。這是因為,無論是TOPCon,還是HJT,無論是對于銀漿的消耗,還是銀加工費用,比PERC更高。在銀耗方面,PERC 銀漿耗量 6-8mg/w,TOPCon銀漿耗量10-13mg/w,而 HJT 銀漿耗量20-22mg/w。不過2022 年,PERC電池片主柵數量從9BB改為11BB 及16BB,正銀消耗量降低至約65mg/片,背銀消耗量約26mg/片;N型TOPCon 電池雙面銀漿(鋁)(95%銀)平均消耗量約105mg/片以上;異質結電池雙面低溫銀漿消耗量約130mg/片以上。

在加工費方面,當前Perc正銀加工費約500元/KG,TOPCon加工費高出Perc正銀300+元/KG,而 HJT加工費高出Perc正銀1000+元/KG。

2、銀,庫存告急——光伏用銀需求旺盛,供給受限催生潛在供需緊張


白銀的生產,絕大部分都是從銅、鉛鋅等金屬冶煉的過程中,伴生而來的,大家也可以看到,世界上礦產銀的來源70%以上是靠銅、鉛鋅、黃金伴生而來的。2021年礦產銀的主要生產國有墨西哥、秘魯、中國等。中國礦產銀86%是由銅鉛伴生的方式得來。

因而,銀作為伴生礦的產物,在全球礦產需求低迷的當下,由其他礦產挖掘開發(fā)帶來的供給增量是極難明顯增長的。根據《世界白銀報告2023》的資料數據,從2014年至今約10年的周期內,銀作為礦產產出的整體供給在收縮,即便算上略有增長的銀制品回收再利用,每年的實際供給量也只能艱難維持在1000百萬盎司的水平。

談及銀的傳統(tǒng)下游場景,主要為珠寶首飾、電子電氣等工業(yè)零部件、焊接焊料、實物投資等用途,2020年前整體行業(yè)處于供大于求的格局。

與其他用途需求停滯或下滑截然不同的是,白銀在光伏場景的應用在近年來明顯增長,且在2022年實現了約28%的需求增速——從2014年彼時不足5%的年度供給占比到2023年接近20%,光伏行業(yè)/光伏銀漿對于銀的需求逐漸在全球銀供給-需求的格局上占據了越來越重要的地位。

從工業(yè)用途來看,光伏銀耗占整體工業(yè)銀耗的比重也從2014年的略超10%上升至2023年預計接近30%的水平。

也正是因為光伏等場景帶來的增量需求,使得這兩年全球銀的消耗明顯高于銀礦的產出,銀供給大于需求的過剩態(tài)勢在近兩年發(fā)生了明顯扭轉。

隨之而來的,就是全球銀的庫存正在發(fā)生快速的減少。根據metal Focus對全球各主要貴金屬交易所交割庫存的清點,僅2022年全球主要交易所的銀庫存就減少了23%。

可以預見的是,光伏行業(yè)在2030年前必然會發(fā)展為年度裝機超過1TW(1000GW)的市場而正式進入了TW時代,而在行業(yè)快速增長的過程中,光伏對于銀需求的邊際增長講很有可能進一步導致銀行業(yè)的供給失衡態(tài)勢,銀價因此將很有可能迎來顯著、持續(xù)的上漲行情。

即便考慮未來各種N型電池路線逐漸引入降銀的成本優(yōu)化手段,但隨著整體產出的大幅提升(從過去年度100~200GW的裝機到未來的1000+GW裝機),光伏銀漿的銀耗量都將占據工業(yè)用銀需求的顯著比例,甚至可能接近其他工業(yè)用途的銀耗量總和!

世界銀行也做出預測,到2050年,能源技術中的白銀消費量可能會急劇增長,達到目前白銀總需求量的50%以上。光伏和新能源汽車的發(fā)展,有望成為推動白銀工業(yè)需求增長的主要動力。

另外,根據世界白銀協(xié)會統(tǒng)計,2023 年全球白銀供給量在 2.5 萬噸至 2.6 萬噸,缺口大約在 4000 噸左右,庫存也處于歷史低位。業(yè)內人士認為,2023 年白銀價格或將震蕩上行。

3、繁榮下的隱憂——銀漿國產化不改銀粉依賴進口事實

光伏正面銀漿主要由高純度的銀粉、玻璃粉、有機原料等成分組成,其組成物質的含量、形狀、微納米結構等參數均可能對銀漿的性能產生影響,因此正面銀漿的研發(fā)和制備對組成物質的要求十分嚴格。

得益于國產正面銀漿的技術含量、產品性能及穩(wěn)定性持續(xù)提升,近年來正面銀漿逐步實現國產替代,2022年國產正面銀漿市場占比接近80%。但與此同時,我們也需要正視繁榮背后的隱憂——即銀漿原材料銀粉仍嚴重依賴于進口。

銀粉質量的優(yōu)劣性直接影響到電極材料的體電阻、接觸電阻等,因此,銀漿配方中銀粉的選樣至關重要;玻璃粉作為銀漿中的傳輸媒介,其含量和成分比例對銀漿性能有著重要影響,含量過高會導致銀漿導電性能變差,但當含量過低時銀漿則無法滲透入鈍化層與硅襯底形成歐姆接觸,需通過反復試驗尋求最優(yōu)配方。有機原料作為承載銀粉和玻璃氧化物的關鍵組成,其含量和配比對銀漿的印刷性能、印刷質量具有較大影響。

2021年,中國全年進口銀粉3240噸,其中日本、美國、韓國分別占比91.48%、6.81%、0.86%,超過50%的進口量用于生產光伏銀漿。

說到銀粉,有一家叫做Dowa(同和控股日本有色金屬廠商)的公司不得不提。它是全球銀粉的主要供應商,占全球光伏銀漿用銀粉50%以上的市場份額。其銀粉粒徑小、分散性和有機物包覆效果很好,而且質量穩(wěn)定。此外,美國AMES公司也在銀粉市場占有一定市場份額。

因而國內主要銀漿廠商如聚合材料、帝科股份90%以上原材料采購自DOWA,也就不足為奇了。

國內雖然也有銀粉廠家,如蘇州思美特、寧波晶鑫、蘇州銀瑞等,但國產銀粉質量仍與進口銀粉存在一定差距,主要差距在于分散性和有機物包覆性。

在銀漿作為主流導電印刷材料的當下,要真正實現光伏全產業(yè)鏈的自主可控,銀粉仍是繞不開的一道坎,其國產化之路任重而道遠。如果國外未來限制對我國出口,對中國光伏產業(yè)發(fā)展是災難。

4、破局之道——無銀化以終為始,愛旭厚積薄發(fā)再次引領行業(yè)迭代


正因為銀漿占電池片環(huán)節(jié)非硅成本的比重越來越高,加之銀粉&銀漿環(huán)節(jié)日趨緊張的供需格局,各大光伏廠商都各自努力通過技術革新盡可能減少銀漿耗量。

目前,各廠商主要通過多主柵技術以及減小柵線寬度來減少正銀消耗量通過可以改進印刷工藝,結合鋼板印刷等方法將細柵細化:可以采用SMBB技術(增加主柵數、降低主柵寬度),既能提高電流傳輸效率也能直接降低銀耗,還能增強電池應變能力:可以采用無主柵(OBB) 技術,即主柵不用銀漿而直接使用導電線、焊帶,大幅降低銀漿耗量。

銀漿成本取決于主柵數量*每根主柵銀耗,主柵變細能夠減小表面對太陽光的阻擋、降低銀漿用量,但也應清晰地認識到變細會增大電阻,為了保證導電性能需要增加一定數量的主柵保證電流通過的橫截面積,故主柵設計的核心在于寬度與數量之間取得平衡。柵線變細減少銀耗&電阻增大之間的矛盾,注定了柵線優(yōu)化更多只是過渡性技術,存在效率上限低的問題。

而站在終局的視角,未來漿料降本更應通過金屬化技術升級迭代和漿料降本兩方面進行。一方面,通過新型金屬化技術升級迭代降低銀耗:1)非銀銅電鍍技術;2)激光轉印或鋼板印刷等新型印刷技術;3)噴墨打印技術。另一方面,可以通過優(yōu)化漿料降低價值量,實現有效降本,主要包括銀包銅漿料和低溫銀漿國產化。

其中,非銀銅電鍍技術等無銀化技術在所有技術中可以做到無銀漿消耗,降本潛力最大,更應是電池廠商的終極方案。

無銀化技術相比傳統(tǒng)純銀漿料的絲網印刷主要有兩點優(yōu)勢——更高的電池效率(更好的導電性)及更低(可控)的生產成本,而降本&提效是光伏產業(yè)技術迭代的恒久主題。

一方面,與90%純度的銀漿柵線(銀粉構成占比約90%左右,其余為有機物)相比,若使用純度更高的金屬作為導電柵線印刷材料,其更高的純度會帶來更低的電阻,從來導電性更強。以銅柵線為例,銅的體電阻率約1.75μΩ.cm,雖然略高于純銀(銀的體電阻率約1.65μΩ.cm),但銀漿在燒結之后的體電阻率會達到3~10μΩ.cm,因此反而使用銅柵線的導電性會明顯優(yōu)于銀漿路線。

此外,以銅或者其他非銀的金屬通過非燒結的方式形成的柵線電極內部更加致密而均勻,線電阻相對更低,也利于帶來光伏電池更高的效率空間。

另一方面,使用非銀的漿料可以明顯減少電池制造環(huán)節(jié)的非硅成本。以目前主流的單晶單面PERC電池片為例,電池片成本構成中,除硅片成本外,銀漿是成本占比第二高的材料,占電池片非硅成本的33% 。而使用非銀的漿料,其成本與銀漿相比幾乎可以忽略不計,這將大大提升企業(yè)的成本控制水平。

但不可否認的是,無銀化是產業(yè)內美好的愿景并具備降本+提效的想象空間,但伴隨而來的是設備、工藝、材料等多維度的難度升級,也使得無銀化工藝成為產業(yè)內難以跨越的技術高地。國內一些廠家都在研發(fā)攻克技術難關,經過調查,目前還是股票市場炒作而已。

根據異質結銅互聯技術提供商蘇州太陽井的最新技術推介報告,僅銅互聯環(huán)節(jié)主要設備投資就在1億元/GW以上,因而在昂貴的初始投資+技術尚未成熟情形下,對于分毫必爭的光伏產業(yè),注定了產業(yè)鏈大批量導入相關技術尚需時日。

而在光伏技術演進史上,愛旭所引領的創(chuàng)新無疑是濃墨重彩的標記之一。從“管式PERC”到“雙面雙測雙分檔”,再到率先響應大尺寸硅片迭代量產210mm電池,精準踩在技術變革節(jié)點的愛旭,充分展現了技術之王的前瞻與霸氣。

而在無銀化這一步上,愛旭掌握并采用了全球首創(chuàng)的銀漿替代技術,通過自有專利+自有設備的布局實現了ABC電池的全無銀金屬化量產制造,該公司在廣東珠海6.5GW的ABC產能中完全應用無銀化技術,效果十分理想,保證了電池過程0%的銀含量,再一次引領了行業(yè)的迭代級創(chuàng)新。

2023年4月,愛旭數字能源的ABC組件榮獲有工業(yè)設計界“奧斯卡”之稱的德國紅點獎Reddot winner 2023,代表著除產品的創(chuàng)新表現外,功能性、耐用程度、直觀易用、質量、環(huán)保、產品周邊系統(tǒng)的整合等多方面指標都經過了嚴苛的評審檢驗。

不僅限于此, 愛旭組件更是在6月德國慕尼黑展會斬獲Intersolar AWARD 2023創(chuàng)新太陽能技術大獎——這是業(yè)界最具含金量的獎項之一,堪稱光伏業(yè)“奧斯卡”,也是歐洲最權威的太陽能光伏獎項。該獎項旨在遴選光伏行業(yè)年度最具創(chuàng)新性和顛覆性的產品和技術。

評審專家組還對ABC組件的無銀化技術予以高度評價:“這項開創(chuàng)性的技術顯著減少了銀的消耗,提供了更利于環(huán)保的可持續(xù)方案”。

無銀化作為解決光伏銀耗瓶頸的終極方案,愛旭已經率先給出了答案,勢必又會引領一次行業(yè)創(chuàng)新,共同助力建設一個更低碳、更環(huán)保的未來社會。

原標題:ABC電池的全無銀金屬化量產制造
 
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來源:易而喜悅
 
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