当前成本高昂是制约HJT电池大规模产业化的关键因素之一,银浆成本占HJT非硅成本的40%以上,是HJT成本高昂的最主要因素。
金属化降本是当前最迫切任务,铜电镀就是“去银化”的终极路线。
电镀铜作为完全无银化的颠覆性降本技术应运而生,能够有力解决异质结电池银浆成本高的痛点。
电镀铜技术使用金属铜代替全部的金属银,铜材料价格低廉,并且双面金属化可以同时完成,电镀铜技术的应用可以在银包铜技术路径的基础上,进一步降低异质结电池成本。
传统HJT丝网印刷工艺的成本为0.271元/瓦,而HJT铜电镀工艺的成本为0.135元/瓦,HJT铜电镀单瓦成本相比较于传统丝网印刷工艺降低50%左右。
资料显示,电镀铜是一种非接触式的电极金属化技术,在基本金属表面通过电解方法沉积金属铜制作铜栅线,用于收集光伏效应产生的载流子。
铜电镀能够较好的解决叠瓦存在的成本问题,电池片连接处的“粗”栅线由较贵的银成为较便宜的铜,而且由于铜的导电性能远强于银胶,存在直接用铜电极接触而不用导电胶的可能性,且随着硅料价格的下降,重叠部分浪费的电池片成本会越来越微不足道,因此,铜电镀的发展还有可能对组件环节产生较大的影响。
电镀铜效率更高:铜栅线相比银栅线形貌更好,体电阻率更低,导电性更强,同时,铜栅线与TCO薄膜之间附着更为紧密,接触电阻相比低温银浆更小,综合来看可提高电池转换效率。
铜电镀金属化成本可与银包铜相当:远期银包铜+0BB的金属化成本可降至0.06元/W,铜电镀成熟后预计量产成本也约0.06元/W,但铜电镀可提效0.2%-0.3%。
电镀铜核心工艺
铜电镀工艺分为沉积种子层、图形化、电镀和后处理四部分。
沉积种子层
如果直接在TCO 上电镀,镀层和TCO间的接触为物理接触,附着力主要为范德华力,容易引起电极脱落,且在TCO 上电镀金属是非选择性的,需在电镀之前在透明导电薄膜表面沉积种子层。
迈为股份与SunDrive自2021年起合作研发高效HJT电池,其采用无种子层制备技术,迈为提供蓝膜片全部工艺制程,在其自主研制的异质结高效电池量产设备(包括清洗制绒、PECVD、PVD等)上完成,电池片电极由SunDrive在其无种子层电镀设备上完成。
通过不到一年的技术迭代及工艺优化,双方联合开发的无银异质结电池转换效率屡次获ISFH认证,从25.54%迅速攀升到26.41%。
图形化
目的是显现出栅线图形的导电部分和非导电部分。
使用感光材料将HJT电池覆盖住,通过选择性光照,使得不需要镀铜的位置感光材料发生改性反应,而需要镀铜的位置感光材料不变,不变的改性材料在显影的步骤会被去除,在电镀时发生导电,而其他位置不会发生铜沉积。如果采用激光LDI刻写,则不需要掩膜直接刻写形成需要的图形。
图形化环节核心设备为曝光机,目前主要布局公司包括芯碁微装、苏大维格、太阳井、捷得宝、天准科技等。
芯碁微为国内直写光刻设备龙头,凭借在泛半导体、PCB领域直写光刻技术积淀,正积极切入HJT铜电镀环节,提供LDI设备。
苏大维格是国内领先的微纳光学制造和技术服务商,产品应用领域包括消费电子显示器件、交通运输标识、消费品包装、证件防伪等,公司布局投影式掩膜光刻设备。
太阳井、捷得宝等为客户提供整线或相关设备。
电镀铜
电镀铜浸泡在电镀设备的硫酸铜溶液中,通电进行电解,导电的部分沉积形成铜电极。
目前电镀环节有挂镀、水平镀等电镀模式。
罗博特科首创开发了具有产能大、柔性强、易维护的优势的VDI电镀方案,目前已经完成铜电镀设备的内部测试,各项指标基本达到预期,目前正在进一步测试,发展前景有待观察。
罗博特科-插片式太阳能电池片铜电极电镀装置:
东威科技第三代垂直连续电镀设备产能8000片/小时,可达量产要求;1GW电镀设备需2-3台,一台设备对应价值量在1500-2000万元,1GW电镀设备价值量约5000万左右;若验证顺利有望于23年底前导入量产。
按照电镀铜工艺的主要环节梳理,种子层沉积的主要设备为PVD设备,在图形化环节的主要设备是曝光机;在电镀环节的主要设备是电镀机。
CPIA预测2025年全球光伏乐观装机330GW,假设电镀铜设备产线GW投资额1.2亿元,渗透率为20%,产能利用率70%,潜在电镀铜设备市场空间为112亿元。
从电镀铜整体产业格局来看,国内进行图形化设备开发的公司主要有苏大维格、天准科技、迈为股份等,开发电镀设备的有捷得宝、罗博特科、太阳井、东威科技等,年内预计有中试线落地的有捷得宝、国电投、海源复材、迈为股份等,中试线将使得铜电镀降本增效的可见度进一步提高。产业链厂商中,爱旭股份投建6.5GWABC电池,采用“无银化”金属生产;钧石能源二代HBC采用电镀铜栅线;天合光能研发储备电镀铜技术;通威股份通过投资太阳井进军电镀铜。
在学术研究领域,铜电镀发展的历史已经有相当长时间,通过下表不难看出,铜电镀的手段较为多样,采用过(有/无种子层)电镀、光诱导、喷墨打印等方式以及SiOx、干膜、湿膜、光刻胶、氧化铝等掩膜,长期的研究为当下的产业化做了充足的产业化储备。
原标题:电镀铜:光伏HJT电池降本颠覆性技术梳理