一、概述
光伏銀漿主要由高純度銀粉、玻璃氧化物、有機載體組成,主要應用于估計光伏電池片正面電極和背面電極,手機硅基光伏產生的電流。
光伏銀漿處于整個產業鏈的中游,其上游是銀粉、玻璃氧化物及有機載體企業,下游是光伏電池片生產商。其中,銀粉是導電相,主要作用是導電,銀粉質量的優劣直接影響電極材料的體電阻、接觸電阻等;玻璃氧化物是粘結相,作用是導電膜層介質、連接導電相和基底,其自身成分比例和整體在銀漿中的含量過高會導致銀漿導電性變差,過低無法滲透入鈍化層和硅襯底形成導電接觸;有機載體是有機物和部分液體組成,主要作用是導電相和粘結相運載體,控制漿料的流動性。光伏銀漿供給主要受中游企業產量和上游銀粉供應的影響,需求受下游硅基光伏電池片產量的影響。
光伏銀漿根據位置不同,可分為正面銀漿和背面銀漿,其中,背面銀漿功能性較弱,技術門檻相對較低,業內主要的需求是降本,目前已基本能夠實現國產化;正面銀漿制備難度較高,是光伏電池的重要組成部分,主要用于收集電流。
按技術路線及工藝流程分類,光伏銀漿可分為高溫銀漿及低溫銀漿。高溫銀漿在高于500℃的環境下通過燒結工藝將銀粉、玻璃氧化物、其他溶劑混合而成,而低溫銀漿則在200-250℃的相對低溫環境下將銀粉、樹脂、其他溶劑等原材料混合而成,目前P型電池及N型TOPCon電池主要應用高溫銀漿。由于HJT電池非晶硅薄膜含氫量較高等特有屬性,要求生產環節溫度不得超過250℃,助推低溫銀漿技術研發及其產業化。
二、生產工藝
正面銀漿是制備太陽能電池的金屬電極的關鍵材料,直接關系著太陽能電池的光電轉換效率。
正面銀漿屬于配方型產品,由于太陽能電池技術門類繁多且更迭較快,不同生產商所選用的技術路徑、生產工藝存在差異,因此對于所適配正面銀漿的性能要求也有所不同。因此,正面銀漿配方上任何參數的調整,都會影響與電池片廠商生產工藝的適配性及電池片的光電轉化效率。
正面銀漿的生產工藝為:將銀粉、玻璃粉(或樹脂)、有機相等物質進行配料,隨后放入機械設備內混合攪拌、研磨,控制攪拌、研磨工藝參數,過濾泄出銀漿,產品性能檢查、包裝、入庫等。
1.配料
配料是指根據該批次生產的產品配方,精確稱量最終產品所需各項原料重量。
2.混合攪拌
混合攪拌是指將檢測合格的玻璃氧化物、銀粉、有機原料根據配方中的比例進行混合,然后利用攪拌機對混合物進行攪拌,通過設定攪拌機的轉速、時間以及穩定等工藝參數,以保證漿料的充分混合均勻。
3.研磨
研磨工序是利用三輥研磨機,將攪拌完成后的漿料進行研磨。具體工作原理如下:通過調整輥筒與輥筒之間的間隙、不同輥筒的轉速,使流經的漿料顆粒物受到軋壓、剪切、分散,從而打開漿料顆粒的團聚,使漿料得到充分的混合,進而實現漿料組織均勻、成分一致、細度達標的要求。
研磨工序為核心工序,產品質量的好壞與其息息相關。不同產品在設備上呈現不同的狀態,相應的,不同產品的研磨過程參數設置也不盡相同。研磨過程的輥筒間隙、輥筒速度、研磨時間通常是該工序的關鍵參數設定。
4.過濾
過濾工序主要是通過負壓過濾系統,對研磨后的物料按照工藝要求進行過篩,以將徑粒大于標準要求的物料攔截在外,保證產品的細度一致,以確保成品漿料在客戶端印刷使用時的性能要求。
5.檢測
根據產品標準對產品進行檢測驗證。產品檢測包括漿料自身的物理參數檢測,如細度、固含量、粘度等,同時,可按批次需求,對漿料的應用性能進行檢測,如電阻率、印刷性、其他電性能指標等。通過檢測后產品方可包裝入庫,未通過檢測的需要進行返工處理。
三、成本與投資
1.成本構成
光伏銀漿生產成本中直接材料(銀粉、玻璃相、有機相等)占比99.41%(包含4.65%材料銷售成本),人工成本占比0.24%,制造費用占比0.28%,物流相關費用占比0.07%。可知銀漿生產過程材料費用占比最大,人工和制造所需燃料動力費占比較小,而材料費用中銀粉成本占比90%以上。
以上市公司聚和材料為例,2019-2022年,公司銀粉占原材料采購成本97%以上,三大主材合計占比約99.64%。
由上可知,銀粉是生產光伏漿料最重要的原料,其形貌、粒徑、分散性及振實密度等特性皆對其電性能、接觸性、流動性有重要影響。根據銀粉的外貌不同,可將銀粉分為球狀銀粉、片狀銀粉以及枝狀結構銀粉,不同形狀的銀粉將引起銀漿燒結厚膜結構的不同,從而對電池片性能有所影響。
中國用于生產光伏銀漿的銀粉目前主要以進口為主,其中,日本DOWA是中國銀粉進口的主要供應商,DOWA銀粉粒徑更小、分散性更佳、有機物包覆效果更好且質量更加穩定。
銀粉研發投入高且具有較高的技術壁壘,目前中國銀粉的穩定性不足是制約國產銀粉走向市場化的重要因素。國產銀粉的主要企業有蘇州思美特、寧波晶鑫等。
2.銀漿單耗
據知識星球專家調研反饋,目前市場主流電池182和210電池,單耗不同廠家有區別,隆基有自己的組件,單耗壓得比較低,通威品質要求高一些單耗高一些。182PERC,單耗50多毫克,210PERC,單耗60多毫克,耗量高的會做到70毫克。TOPCon背面也會用銀漿,是正面的1/3,182TOPCon,整體算一般不算背面只考慮正面,105左右毫克,210TOPCon,180左右毫克。210HJT,正背面低溫銀漿加在一起差不多200毫克。
換算成單瓦消耗,PERC銀漿耗量6-8mg/w,TOPCon銀漿耗量10-13mg/w,HJT銀漿消耗約16mg/w。
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,HJT低溫銀漿加工費高出PERC正面銀漿1000-1500元/kg。
3.投資規模
根據蘇州固锝、帝科股份、聚合股份公布的相關公告,受各公司生產技術、工藝、場地、市場等不同因素的實際情況限制,投資500噸-1700噸光伏銀漿產能所需投資規模在1.5億-2.7億元之間,對應單噸光伏銀漿投資成本約16萬-53萬元。
其中,土地及建筑工程、設別購置及安裝項目占比最高,約占整體產線建設投資的32.9-56.5%,設別購置金額約占整體投資的24.1-36.3%,主要設備是金屬化印刷生產線、三輥機等。
玻璃粉:太陽能電池制造中不可或缺的關鍵元素
晶硅太陽能電池是目前應用最為廣泛的一種光伏發電技術,而銀漿料則是太陽能電池制造中必不可少的材料之一。銀漿料通常被涂覆在太陽能電池的正極表面,用來提供電子傳輸、反射和保護的功能。
晶硅太陽能電池板
銀漿料
在銀漿料中,玻璃粉是一種重要的助劑,其主要作用是增加銀漿料的粘附性和增強其導電性能。同時,玻璃粉還可以改善銀漿的流動性,促進其均勻分布在電池片表面,從而提高太陽能電池的光電轉換效率。
銀漿料
銀漿料是由銀粉、玻璃粉和有機載體組成的,玻璃粉的含量通常 2% - 5%。盡管玻璃粉的含量少,但它在銀漿料中扮演著至關重要的角色,起著腐蝕氮化硅層、構成電極、搭起電子運輸的橋梁等功能。在太陽能電池制造中,選用優質的正面銀漿料是非常重要的,因為它直接影響著太陽能電池的性能和壽命。
玻璃粉
玻璃粉與銀漿料性能
玻璃粉需要在不同的條件下進行平衡和調節,粘結銀粉、降低燒結溫度、腐蝕硅基板上部的減反射層、形成歐姆接觸等重要功能。特別是在太陽能電池制造中,銀漿料的正面玻璃粉體系需要具有適宜的軟化溫度和腐蝕能力,才能保證銀漿料與硅基板的良好粘附以及電性能和光電轉化效率的優秀表現。
銀漿料
作為正面銀漿料中的無機粘結相,玻璃粉需要具備以下幾個要求:
1、適宜的軟化溫度:玻璃粉需要具有適宜的軟化溫度,使其在燒結過程中能夠熔融并與銀粉和硅基板形成良好的結合。
2、能夠腐蝕減反射層:玻璃粉需要具有一定的腐蝕能力,能夠熔融并腐蝕掉硅基板上部的減反射層,以實現銀粉與硅基板的良好接觸。
3、能夠降低燒結溫度:玻璃粉可以作為助燒劑使用,能夠降低燒結溫度,提高產品的制造效率。
4、粒度分布均勻:玻璃粉的粒度分布需要均勻,以保證在銀漿料制備中的均勻分散性。
太陽能電池片
無鉛化玻璃粉
目前,無鉛化已成為現代玻璃粉發展的趨勢。其中,溶膠-凝膠法制備無鉛玻璃粉是一種常用的方法。
玻璃粉
相對于傳統含鉛玻璃粉,使用溶膠-凝膠法制備的無鉛摻雜玻璃粉在多個方面表現出優勢。首先,溶膠-凝膠法可以使原料相充分混合,并形成穩定的透明溶膠體系,從而實現成分均勻、純度高的制備過程。其次,在摻雜過程中,溶膠-凝膠法可以將摻雜劑降至極低的含量級別,從而實現易于摻雜的目的。此外,使用溶膠-凝膠法制備的無鉛摻雜玻璃粉容易細化,有利于提高材料性能,同時粉末顆粒尺寸較小,更利于加工應用。