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4.2 低温银浆:国产化及电极工艺进步是降本关键
低温银浆工艺技术要求高,配方、三辊工序是关键工序。低温银浆的制备工艺共分为配料、混料、搅拌、三辊混合、过滤包装 5 大步骤,其中配料及三辊混合工序为关键工序。银浆是配方型产品,配方对低温银浆的生产至关重要。配方设计的难点在于:1、平衡降低电极线电阻和提升电极焊接附着力之间的技术矛盾;2、在降低电极线电阻的同时保证电极的长期可靠性、降低电极制造成本。三辊工序是银浆生产过程中影响产品粘度、细度、固体含量、流变性能的关键混合工序。HIT 银浆是低温固化型有机体系,对温湿度、有机及金属杂质的影响更加敏感,所以相比于高温光伏银浆在三辊工序,需提升剪切速度、温度、辊距控制精度。此外,高温银浆使用的 1-3μm 球形银粉无法在低温工艺中使用,专用银粉的开发也是 HIT 低温银浆技术开发的重点。
低温银浆尚依赖进口,国产供应商处于起步阶段。目前 HIT 银浆市场占有率最大的供应商是来自日本的 KE。日本 KE 专注 HIT 电池使用的低温银浆开发,目前其 Finger 细栅产品的体电阻率已低于 6*10-6Ωcm,并将在 1 年内通过引入低温烧结银粉技术,将电极体电阻率降至 4-5*10-6Ωcm;细栅产品可印刷 35-40μm 宽的 Finger 设计网版,该产品焊接拉力大于 1N/mm。日本 Nanotech、杜邦、贺利氏均有开发过 HIT 低温银浆产品,但目前面试的量产品市占比较小。国内供应商方面,目前已宣称涉足该领域的国内厂商有常州聚和、深圳首骋、苏州晶银、上海匡宇等 4-5 家。常州聚和生产的 CSP-T1 高效低温固化 HIT证明银浆在印刷性、体电阻率和焊接拉力方面均已接近进口产品同一水平。
MBB、SWCT 工艺可大幅降低银浆用量,系当前主要降本手段。多主栅(MBB)一般是指太阳电池有 5 根以上的主栅线,目前已应用于同质结太阳能电池。研究显示,多主栅技术在电池端转换效率可提升大约 0.2%,节省正银耗量 25-35%。该技术同样可应用于异质结太阳能电池,有效降低银浆使用量。采用 5BB 技术的 HIT 电池银浆单耗约为 300mg/片、银浆成本约 1.9~2.1 元/片,采用 MBB 技术的银浆成本约 1.1~1.2 元/片。梅耶博格采用的 SWCT 技术,将一层内嵌铜线的聚合物薄膜覆盖在异质结电池正面,代替银主栅,可降低银浆单耗至 100mg/片,银浆成本降至 0.6-0.7 元/片。
4.3 靶材:工艺技术要求高,初步实现国产化
TCO 薄膜制备主要采用 ITO、SCOT、IWO、ICO 四种靶材。溅射是制备薄膜材料的主要技术之一,它利用离子源产生的离子,在真空中经过加速聚集,而形成高速度能的离子束流,轰击固体表面,离子和固体表面原子发生动能交换,使固体表面的原子离开固体并沉积在基底表面,被轰击的固体是用溅射法沉积薄膜的原材籵,称为溅射靶材。TCO 薄膜沉积环节主要存在 PVD 与 RPD 两种技术路线,PVD 技术以 ITO/SCOT 作为靶材,RPD技术采用 IWO/ICO 作为靶材。
靶材制造工艺技术要求高,我国企业与国际先进水平尚有较大差距。靶材的质量水平会直接影响到沉积所得薄膜的均匀性和一致性,因此溅射靶材对纯度、致密度和组织均匀性等特性均有严格要求。太阳能电池等领域对金属纯度的要求一般为 99.995%(4N5);靶材的致密度会对溅射的沉积速率、溅射膜粒子的密度和放电现象以及薄膜的电学和光学性能有显著影响;靶材的成分、组织和晶粒度大小主要影响沉积薄膜的均匀性和质量的稳定性。烧结法是生产靶材的最优工艺,金属铟经过煅烧制成粉末,再和氧化锡或者氧化钨粉末按照一定比例混合,压块高温烧结制成靶材。2018 年的数据显示,日韩企业可以做出长 3000 毫米、宽 1200 毫米的单块靶材,但国内的长度不超过 800 毫米。
高端靶材市场被日韩企业垄断,ITO、IWO 靶材已初步实现国产化。国内金属的提纯技术有限,无法达到高纯溅射靶材的生产要求,因此,高纯溅射靶材上游的高纯金属市场目前也主要被日韩企业所垄断,日本三井、东曹、日立、三星、康宁等是全球 ITO 靶材主要供应商。国内在小尺寸溅射靶材制造水平上已达到国际先进水平,但大尺寸水平距离国际先进水平差距较大。国内先导、映日等企业 ITO 产品已经比较成熟,SCOT 正在积极研发,IWO 壹纳已经实现国产。广东先导的 ITO 靶材业务收购自优美科国际有限公司,其生产的高纯度、高密度 ITO 旋转和平面靶标,长度可达 4000 毫米。
5. 多途径提升 HIT 经济性,2022 年 LCOE 有望与PERC 持平
5.1 产业化前期成本尚高,多途径降本提升 HIT 电池经济性
与 PERC 电池相比,HIT 电池银浆、靶材等材料成本及设备成本较高。PERC 电池技术相对成熟,产业化已具备规模,非硅成本下降空间较小,目前 PERC 电池非硅成本约 0.26元/W,占电池成本 39%,电池成本约为 0.76 元/W(含税)。HIT 电池尚处于规模化初期,设备及关键材料依赖进口,非硅成本存在较大下降空间。根据测算,HIT 电池银浆成本约为 0.14 元/W,占电池成本 15%;TCO 靶材成本约为 0.07 元/W,占比 7%;折旧成本约为 0.13 元/W,占电池成本 15%,HIT 电池总成本约为 0.89 元/W(不含税)、1.01 元/W(含税)。
硅片环节降本:HIT 电池更利于采用更薄的硅片,硅片薄片化推动硅片成本环节下降。目前主流 PERC 电池硅片厚度为 160μm-180μm,受限于技术和工艺要求,降低到 160μm 以下的难度较大,并且硅片变薄会导致转化效率的下降。HIT 电池完美的对称结构和低温度工艺使其非常适于薄片化,钧石能源已量产 HIT 电池产品硅片厚度为 150μm,相较于PERC 产品有所降低。日本三洋 2013 年研发出的 HIT 电池采用硅片厚度仅为 98μm,电池效率达 24.7%。随着硅片切割技术的发展,HIT 电池采用的硅片厚度将逐步下降,预计至2025 年可降至 100μm,硅片成本可下降至 0.25 元/W。
靶材环节降本:国产化是推动 HIT 电池非硅成本下降的重要手段。TCO 薄膜沉积环节存在 PVD 与 RPD 两种技术路线,量产工艺中 PVD 路线主要采用 ITO 靶材,RPD 路线主要采用 IWO 靶材。目前我国靶材尚依赖于进口,成本高昂,采用 ITO 靶材的电池片靶材成本约 0.07 元/W。国内先导、映日等厂商正在大力推进靶材国产化,在成本方面已具备一定优势。随着国产化的进一步推进,预计到 2025 年,靶材价格可下降至 2000 元/KG 左右,靶材成本可下降至 0.03 元/W 左右。
低温银浆环节降本:银浆单耗存在下降空间,国产化是降本关键。目前 HIT 电池银浆成本较高主要存在两方面的原因,一是由于 HIT 电池双面印刷且低温银浆导电性较弱,银浆耗量较高;二是低温银浆生产工艺要求较高,主要依赖进口。常规丝网印刷的 5BB HIT电池产品银浆单耗约为 300-400mg/片,是同类 PERC 产品的 3 倍左右。未来随着 MBB技术、SWCT、电镀铜等技术的应用,银浆单耗将大大下降。低温银浆国产化方面,国内厂商积极推进,常州聚合、苏州晶银等厂商研发较为顺利。未来随着技术工艺进一步成熟、下游需求的放量以及国产化的推进,低温银浆成本有望大大降低,预计有望从 2019 年的0.17 元/W 降至 2025 年的 0.06 元/W。
设备环节降本:关键设备国产化及设备产能提升推动成本下降。目前 HIT 电池产线单GW 投资成本约为 8 亿元/GW,需要各类设备约 10 台(套)/GW。所有环节中丝网印刷环节设备过程化程度最高,PEVCD、PVD 设备则主要依赖进口。目前国内企业包括捷佳伟创、迈为股份、理想能源等正在积极推进 PECVD 设备的国产化。未来随着设备国产化的推进以及单位设备产出的提升,单 GW 设备投资成本有望逐步下降,预计至 2022 年有望从目前的 8 亿元/GW 下降至 4.07 亿元/GW,至 2025 年预计可下降至 3.17 亿元/GW。
预计至 2025 年,HIT 电池成本有望从 1.06 元/W 下降至 0.57 元/W。综合各环节测算,未来通过 HIT 电池产业化规模提升、技术进步推动材料耗量下降及关键材料及设备的国产化等途径,HIT 电池成本将实现较大幅度的下降。2019 年,HIT 电池成本约为 1.06元/W,其中非硅成本 0.59 元/W。预计 2020-2022 年,HIT 电池成本可分别下降至 0.89元/W、0.78 元/W、0.72 元/W,相较 2019 年分别下降 15%、26%、31%;预计至 2025年,HIT 电池成本可下降至 0.57 元/W,相较 2019 年下降 46%。
HIT 组件成本随电池成本下降,转换效率提升摊薄 BOS 成本。HIT 电池转换效率更高,因此相比于 PERC 来说,对组件封装成本具有摊薄作用,随着 HIT 电池效率的持续提升,组件封装成本随之下降。HIT 电池成本下降叠加组件封装成本下降,推动 HIT 组件成本经济性逐步增强。我们预计到 2022 年,HIT 组件价格有望下降至 1.56 元/W(含税),到2025 年,组件价格有望下降至 1.28 元/W(含税)。
5.2 经济性快速提升,量产边际条件到来
预计至 2022 年,HIT 与 PERC 地面电站度电成本基本持平。HIT 与 PERC 相比,经济性主要来源于:(1)电池转换效率提升对 BOS 成本的节约;(2)低衰减、高双面率、低温度系数提升发电量。根据目前 PERC 与 HIT 组件价格,假设利用小时数为 1400 小时/年、项目年限 25 年、折现率 6%,PERC 与 HIT 电站 LCOE 分别为 0.289 元/KWh、0.300元/KWh。预计至 2022 年,当 HIT 电池成本降至 0.72 元/W,HIT 组件价格降至 1.56 元/W(含税)时,HIT 电站 LCOE 可降至 0.281 元/KWh,与 PERC 电站持平,从而具备落地经济性。
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