民生机械周报：光伏电池片金属化技术进展跟踪（一）

本周关注：三一重工、杰瑞股份、浙江鼎力、江苏神通 本周核心观点：开年以来，稳增长压力加大，基建投资强度有望增强。我们认为，相对薄弱的公用事业建设有望成为投资热点，包括“双碳”相关的核能、氢能，水网及智慧水务建设、油气管网建设等，将带来设备投资需求。 金属化影响电池成本及转换效率，最终关乎电池路径的选择。电池金属化是光伏电池片制作工艺过程中的重要环节之一，通过导电浆料印刷和和烧结，在硅片的正背面制备金属化电极，使电极与电池片间形成紧密高效的欧姆接触，将光生载流子导出电池。金属化关系电池片生产成本、转换效率等方面，最终影响未来电池路径的选择。因此，金属化工艺优化不仅成为各家电池厂家为实现降本计划重点攻克的领域，同时成为行业关注重点。 传统金属化以接触式为主，设备和浆料优化实现共振。在考虑降本方面，除了采用国产银浆以及新型浆料（银包铜）等，金属化采用新型技术工艺实现降本及转换效率的提升。根据印刷方式的不同，金属化大致可分为接触式及非接触式。 1）接触式金属化以丝网印刷为代表，技术改进主要围绕增加栅线数量展开。此外，还包括迈为华晟联合研发的SMBB技术、美耶博格无主栅技术及迈为全新推出的全开口钢板印刷技术；2）非接触式金属化主要指以丝网印刷技术以外的电池技术，包括电镀、帝尔的激光转印技术等。本文将重点探讨接触式金属化降本以及技术进展等。 技术迭代加快，重点跟踪量产验证情况。1）常规丝网印刷：根据CPIA，2020年99.9%电池使用丝网印刷技术，目前市场以9BB为主，占比高达66.2%（迈为以70%市占率成为丝网印刷设备龙头）；2）优化主栅数量：根据研究，随着主栅数量的增加，电池银浆耗量显著降低，由此迈为华晟联合研发SMBB；3）优化工艺：钧石新推出全新磁控溅射镀膜叠加优化的网栅技术，目前已完成电池小批量试产，在批量产线上或有一定调试运行；4）优化网版材料及结构：全开口钢板印刷技术系迈为新推技术，在常规丝网印刷技术基础上实现新的突破。 各项技术应用后，银浆耗量获不同程度降低：以HJT电池为例：1）多主栅：随着主栅数量的增加，银浆耗量逐渐减少；2）SMBB：单片银浆从230mg降至129mg，降幅达43.5%；3）钧石的磁控溅射镀膜优化技术：G1的HJT电池银浆单耗从150mg大幅降至80mg，降幅约47%；4）全开口网版技术：在制造相同效率电池的情况下，净节省20%左右银浆。此外，根据我们的测算，技术优化后，HJT单瓦成本较PERC/TOPCon间的差距也进一步缩小。 主栅技术改进提升对串焊机精度要求，更影响未来电池技术路径选择。针对金属化本身，接触式金属化工艺的优化，对于印刷设备的改进实现难度不大。设备优化改造难度较大集中在串焊机，体现在对于焊带精度要求提升。此外，金属化进展跟踪更在于了解异质结电池降本情况：通过金属化改造实现银浆成本的显著降低，将实质性推进HJT电池技术的发展，进而利好技术布局企业。 投资建议：建议关注在新型金属化技术上布局的先进设备厂商迈为股份、帝尔激光、捷佳伟创、金辰股份。目前各家设备厂家均将新型金属技术在下游产线推进量产线验证，一旦突破将率先受益于技术的更迭，抢占更为广阔的市场空间。 风险提示：光伏下游需求不及预期；电池技术路径变化；新技术在量产线验证效果不及预期。 1本周组合表现 上周关注组合：精测电子、江苏神通、浙江鼎力、冰轮环境。截至2022年2月11日，周区间涨跌幅-8.29%，同期机械设备申万指数涨跌幅-1.33%，同比跑输设备指数。组合开始至今，累计收益率-8.29%，跑输沪深300指数-7.58pct，跑输申万机械指数-6.96pct。 2N型电池技术发展演绎，银浆降本成关键 电池金属化是光伏电池片制作工艺过程中的重要环节之一，通过导电浆料印刷和和烧结，在硅片的正背面制备金属化电极，使电极与电池片间形成紧密高效的欧姆接触，将光生载流子导出电池。金属化关系电池片生产成本、最终转换效率等方面，最终影响未来电池路径的选择。因此，金属化工艺优化不仅成为各家电池厂商为实现降本计划重点攻克的领域，同时成为行业关注重点。目前电池片的金属栅线几乎全部通过丝网印刷的方式制备。根据CPIA报告，2020年，丝网印刷技术应用的市占比高达99.9%。 HJT电池的丝网印刷原理与单晶PERC电池大体相同。利用丝网图形的网孔使浆料透过而漏印至承印物（电池片），操作时在丝网一面倒入浆料后均匀摊覆，而后通过刮刀的移动将网孔部分的浆料挤印至电池，实际操作中常采用二次印刷以提升印刷质量。印刷完毕后电池片进入烧结工序形成与电极的欧姆接触。 图1：丝网印刷结构示意图 设备龙头迈为股份所生产的太阳能电池丝网印刷生产线成套设备的性能和技术指标以均可媲美进口品牌，实现丝网印刷设备的国产化替代。2019年，迈为股份光伏丝网印刷设备全球市占率占比已超过70%。根据公司公告，公司最新一代的太阳能电池丝网印刷生产线成套设备（SDL）单轨可达到3,400片/小时，双轨6,800片/小时，碎片率可以达到小于0.1%，印刷精度可以达到±5微米。此外，在公司2020年新品发布会上 ， 公司又推出全新全自动双轨丝网印刷线（MDL/XDL）。该技术最高能实现5000片/小时@M6、4800片/小时@M10、4000片/小时@M12，印刷速度230mm/s，碎片率≤0.25%。该设备产线主要的技术特点在于可适用大尺寸、半片印刷以及测试分选等。 3接触式金属化 3.1MBB：多主栅技术 3.1.1多主栅技术是什么？ 从丝网印刷的角度看，迈为股份目前所生产的丝网印刷设备已非常成熟，降本已基本达到极限。然而伴随N型电池的发展，单片电池片的银浆耗量也相对增加，促使各电池厂家在原有的丝网印刷技术以及电池栅线技术的基础上：目前较为普及的接触式金属化技术为多主栅技术。 图2：金属化成本比较 根据研究发现，在不影响电池遮光面积以及串联工艺的前提下，增加主栅数目能缩短电池横向收集路径以减少电池功率损失，同时降低碎片率提高电池组件的可靠性；更为关键的，主栅数量的增加，银浆耗量有较为明显的下降。目前主要是9BB及以上，市占率约66.2%。综合来说，不同的主栅数量，多主栅相对而言具备以下方面的优势：1）降低银浆成本：电池主栅数量增加，主栅宽度变得更细，细栅数量相应减少，正面银浆可降低10-30%（图1）；2）减少光遮挡：随着电池MBB数量增加，主栅总宽度呈现先下降后趋于平稳的趋势。因此，通过主栅数量的增加，可减少光的遮挡，增加光的利用（图2）。3）提高组件可靠性：多主栅缩短电池上主栅中间细栅的长度，电流收集路径变短，对电池隐裂、断栅、破裂等的容忍度更高，将会降低组件失效风险，进而提高组件的可靠性。 图4主要研究在最佳功率处的细栅宽度与主栅数量的关系，我们发现：1） 图3：正面银浆用量节省量随细栅宽度减少而增加 图4：主栅总宽度随MBB数目的增加，先下降后平稳 图5：组件功率随MBB数目的增加，先增加后平稳 图6：太阳电池功率与主栅数量、细栅宽度的关系 多主栅对技术的兼容性较强，可满足不同的电池技术以及组件技术的需求。当多主栅电池与PERC电池结合时，多主栅技术降低银浆耗量至74mg/片，较5BB节省33%。当多主栅技术与HJT电池结合时，多主栅技术可将银浆降至200mg/片以下，较5BB少100mg/片，节省33%。 设备方面：应用多主栅技术，使得印刷设备对于印刷栅线的数量有所提高，但是对于印刷设备而言，实现的难度不大，主要是对于后端的串焊设备精度要求有所提高。 表1：多主栅与PERC电池的结合 表2：多主栅与HJT电池的结合 3.2SMBB：迈为华晟联合研发的创新技术 迈为华晟联合研发的SMBB技术实现银浆用量的快速下降，单片银浆耗量仅需130mg，较基准常规（9BB）主栅技术降低43.5%。多主栅低湿重电池效率及与基准持平，在组件CTM方面，提升1.5%。 表3：多主栅低银浆方案 图7：不同印刷技术对应银浆耗量（mg） 图8：不同印刷技术对应CTM对比（%） 3.3全开口钢板印刷技术 3.3.1材料与结构方面：使用新一代钢板，使用100%无遮挡的细栅结构 2021年12月，迈为推出全新全开口太阳能电池钢板印刷技术，与传统丝网网版技术相比局别明显的区别与优势。传统观点认为丝网印刷作为一项成熟工艺，未来迭代以及为银浆降本贡献将较为有限，然而迈为推出的全开口钢板印刷技术在原有电池基础上实现再突破，进一步推动异质结电池量产技术的升级与应用。此外，我们认为该项技术对于设备只需进行小改造，对于后期的设备改造的投资成本也相对较低。 材料方面： 传统网版VS全开口钢板：1）传统网版采用钢丝托底，上面覆盖着一层感光剂或PI（聚酰亚胺）膜的复合结构；2）全开口钢板以平整、超强材料的合金钢片为原材料，钢板本身的高强度、高稳定性、高耐磨性、高耐腐蚀性等特点，可以确保钢板网版尺寸的稳定性，以及钢板的印刷寿命高于目前市场主流的PI网版。 传统钢板VS全开口钢板：全开口钢板不仅相比较市场主流的PI网版具备比较优势外，相比较传统的钢板技术也有所不同。1）传统钢板是通过电铸方法堆积镍形成镍合金板；2）新一代钢板是在合金钢片的基础上，通过物理、化学等加工手段形成均匀副栅，在材料强度上更具优势。 图9：网版结构差异 结构方面： 1）传统网版的细栅附着在丝网上，丝网的网节或钢丝会阻挡网版透浆料，导致印刷后栅线高低起伏、拓宽，影响电性能；（开口率约50%-70%） 2）全开口钢板的细栅部分是100%的无遮挡结构，网版透浆料更顺畅、栅线更平整、均匀，从而电池栅线的形貌得以优化、电性能得以提升。（开口率=100%） 图10：传统网版和全开口钢板印刷形貌差异 3.3.2工艺和成本方面：高宽比可达50%以上，兼容210mm硅片 根据公司公众号，基于全开口钢板材质、结构、工艺特点，结合自身在装备制造领域的优势，迈为攻克了工艺设备上的各项技术壁垒，完成了全开口钢板印刷设备的研发，具备工艺和材料优势： 工艺优势 1.栅线的高宽比达50%以上，26微米宽，13-14微米高。未来，钢板开口可以进一步降低，线宽控制到20微米； 2.兼容210mm硅片尺寸，栅线数量可比丝网印刷增加一倍，推动HJT电池效率进一步提高。 关于高宽比：对于常规太阳电池，细栅高度对太阳电池功率影响明显。下图给出了12BB太阳电池功率随细栅宽度和高度的变化。从图中可以看出在最优设计下且在一定的范围内，12BB太阳电池功率与细栅宽度成反比，与细栅高度成正比。 图11：太阳电池功率与细栅高宽比的关系 成本优势 1.由于栅线印刷区域为全开口结构，印刷高度均匀，在制造相同效率电池的情况下，净节省20%左右的银浆； 2.总体成本与现有网版成本接近，不产生额外的材料成本； 3.改造成本较低，仅需在现有印刷设备上进行小规模改造即可实现。 为了更好的理解全开口网版技术的降本效果，我们针对不同的主栅数量以及不同的电池技术，测算对于银浆的节省程度（节省量和节省率）。 情形一：在HJT电池技术背景下，分析不使用及使用全开口钢板印刷技术的银浆用量。根据测算发现，在叠加MBB电池技术时，使用全开口钢板单片能降低银浆耗量40mg，对应成本能节省约0.06元/W，较不使用该技术的前提下节省26.30%的浆料。 表4：HJT与全开口钢板印刷的结合 情形二：比较不同的电池技术背景下的银浆节省。情形一是针对使用全开口钢板印刷前后的银浆节省的比较，通过情形二的分析，我们测算发现全开口钢板印刷技术的应用能较大程度缩小HJT电池与PERC/TOPCon电池之间的差异。使用全开口钢板印刷技术后，HJT与PERC和TOPCon的差距从原本的0.108元/W、0.058元/W缩减至0.024元/W、0.036元/W。我们认为，倘若全开口钢板印刷技术能成功导入电池生产线，一方面将对N型降本起到显著的推动作用，另一方面，HJT电池与TOPCon电池之间的成本将进一步缩小。未来，倘若