在由SMM主办的2024SMM(第十九届)铅锌大会暨铅锌技术创新论坛——白银论坛上,昆明理工大学/云南省冶金电极材料工程技术研究中心教授黄惠分享了光伏产业降本促使镀银技术应用快速发展。
一、光伏用银粉及镀银粉发展现状
可再生能源将成为全球最大电力来源
1.2022-2027年期间,IEA预测全球可再生能源装机容量将增加2400GW(年均480GW)。
2.到2025年,可再生能源将超过煤炭,成为全球最大的发电来源。
2023年光伏行业再创佳绩
制造端:中国光伏组件产量连续16年位居全球首位;多晶硅、硅片、电池片、组件产能产量均占到全球的80%以上。光伏制造端产值(不含逆变器)1.75万亿元,同比増长17.1%。
应用端:中国光伏新增装机连续10年位居全球首位;全球光伏发电装机容量已经超过水电。光伏发电新増装机同比増长148.12%。光伏产品(硅片、电池片、组件)出口总额490.66亿美元。
银浆是太阳能电池金属电极的关键材料,是第一大非硅成本,在N 型电池中占比更高。对P型电池,光伏银浆的成本占比在10-11%,而N型电池银耗更高,占比在16-25%,放量有望推动银浆需求提升。
降本是光伏产业的关键
►降本是电池产业的关键,新技术推动银浆产品迭代。
电池金属化技术的目标是实现电池连接外电路时最大效率的电能输出,其影响电池成本与转化效率。
银导电浆料是仅次于硅片的晶硅太阳能电池第二大成本。
►降本是电池产业的关键,镀银粉推动电池降本潜力巨大。
铝背场适配银浆技术存在效率限制
PERC 适配银铝浆,规模化后单耗有所下降。
TOPCon 电池片银铝浆可与隧穿氧化层及多晶硅接触层相适配。
XBC 电池技术提高电池性能和外观
HJT低温工艺匹配低温银浆,未来银包铜浆料有望进一步降本。
►铜浆是光伏产业的降本目标
二、镀银铜粉技术在HJT的应用现状
银包铜粉是HJT银浆中银粉的良好替代
远期来看,随着效率持续提升、硅片减薄、低温银浆及银包铜技术的成熟,HJT 的成本有望得到快速下降。且HJT 对硅片薄片化、未来钙钛矿等叠层技术的兼容性更佳,因而提效降本空间更大,更符合产业技术发展趋势。
光伏摆脱对贵金属材料依赖是行业长期发展所必须实现的目标。少银化、去银化是晶硅光伏技术研发的重要方向。
银包铜技术目前是降低HJT低温银浆成本的有效途径。目前,单瓦生产成本比PERC 高出0.07 元,银浆占接近50%,210 电池尺寸下HJT 银浆用量212mg,PERC 用量仅有85mg 左右。
少银化技术将推进HJT 电池产业化提速
开发利用贱金属铜等替代银的电极技术,如银包铜浆料结合丝印技术和电镀铜技术。在电池金属化工艺持续创新的背景下,银包铜工艺技术作为少银化的技术迭代发展提速。
伴随技术升级带来单瓦含银量持续降低,2024年HJT电池的单瓦银耗有望降至7mg/W成为可能。
华泰证券:电镀铜中试线成本优于传统全银浆方案,大规模量产后成本基本追平0BB+银包铜方案,短期依旧以银包铜路线为主。
少银化技术与去银化技术成本对比
与银包铜相比,电镀铜尚不具有显著降本优势。当银价上涨超过43%时,银浆含税价格9295元/公斤时,电镀铜成本将低于银包铜。
镀银系双金属粉研究现状
目前镀银系双金属粉存在的问题:国内外报道最多的是用Cu@Ag NPs,对其他类型的复合粒子报道少见;银铜晶格失配比较大(11.7%)容易引起银壳层脱湿的现象,影响使用寿命;Cu基底密度较大,价格较高;对银沉积机理研究很少,难以控制银沉积过程。
镀银系材料研究现状
银包铜粉特性——较铜粉优异的抗氧化性和导电性
银包铜粉在P型电池中的应用
韩国LG用高银银包铜粉替换银粉,应用于单晶硅电池正面电极,经400-900℃逐渐升温的金属化后,光电转化效率能接近纯银浆;
台湾大学开发了低成本低温烧结银包铜正极浆料,应用于多晶硅电池正面电极,经550℃下烧结,银铜电极接触电阻(5/mΩ·cm2)于纯银电极接触电阻(4/mΩ·cm2)相近。
丰田工业大学开发新型低成本HJT电池用银铜浆,当银:银包铜≧37:63时,电极体积电阻低于10-5Ω·cm,与纯银浆对比,组成的电池电流效率差异仅为0.4%,开发银铜浆可替代纯银浆,可降低HJT电池电极成本约30%。
Jeong-Beom Nam等采用连续强脉冲光作为固化光源,将银铜浆通过印刷后固化HJT电池上,与传统纯银浆热固化电极相比,银铜浆电极电池效率仅降低0.2%。
银包铜粉的关键制备技术
其介绍银包铜粉的关键制备技术时提及:发明了铜粉表面原位化学镀银新技术;攻克了银颗粒连续成核、镀层不均匀及致密性差等技术难题:铜基体为多晶体,存在晶界,但其晶粒粗大,结晶较好,银层亦为多晶体,单颗晶粒较小,存在较多晶界,且大多晶界垂直于铜基体,符合银沉积生长的“小岛”模型;发现了银包铜粉在浆料中的脱湿现象;发明了不同形状金属粉体表面有机化处理新技术
;提升了镀银铜粉抗氧化性,降低了银包铜粉吸油量;确定了0.5-6.0μm镀银铜粉的关键控制技术,实现国产化。
三、镀银铝粉制备关键技术及现状
镀银铝粉的制备方法
由于铝粉的高活性,普遍使用两步法镀银,即第一步先对Al进行复杂的表面处理,第二步再进行化学镀银;复杂的前处理过程,时间成本高,低产量;前处理过程中无法确保PDA/PCPA可以均匀的沉积在基体表面,导致Ag壳层致密性差,厚度不易控制等问题。
日本专利:用水和有机溶剂做反应溶剂,再用NaOH刻蚀铝粉,再加入还原剂溶液,最后再加入银氨络合溶液,即可制备得到银包铝粉。
存在问题及特点:有机试剂可减慢离子电离的速度,有益于减慢银沉积速率;有机溶剂为有毒试剂,废水处理消耗较大的成本;在高温搅拌下,溶液粘度增加,固液分离困难。
镀银铝粉的应用受限于制备方法。
关键科学问题
其还对40μm铝粉镀银关键控制技术、20μm铝粉镀银关键控制技术、5μm铝粉镀银关键控制技术和20μm镀银铝粉与进口对比进行了阐述。
最后,其还对团队科技成果产业化转化进行了介绍。