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眾所周知，異質(zhì)結(jié)電池在電池轉(zhuǎn)換效率、多結(jié)電池、工藝步驟、溫度系數(shù)、雙面率、低衰減性和抗PID等方面都具有比常規(guī)晶硅電池?zé)o可比擬的明顯優(yōu)勢(shì)，因此異質(zhì)結(jié)電池被認(rèn)為是可能替代PERC電池的最熱門(mén)的下一代候選電池技術(shù)之一。

然而光伏行業(yè)本質(zhì)上是個(gè)追求低單瓦成本和度電成本的綠色產(chǎn)業(yè)。當(dāng)前階段下，異質(zhì)結(jié)電池的初始投資明顯高于PERC和TOPCon，并且不能利用已有的PERC產(chǎn)線。同時(shí)，異質(zhì)結(jié)電池只能使用低溫銀漿做電極，這就導(dǎo)致了異質(zhì)結(jié)電池的單瓦成本遠(yuǎn)高于PERC電池，限制了異質(zhì)結(jié)電池的產(chǎn)業(yè)推廣速度。

顯然，如果異質(zhì)結(jié)電池在單瓦成本上對(duì)PERC電池沒(méi)有優(yōu)勢(shì)，即使在技術(shù)上擁有先天優(yōu)勢(shì)，能否成為第三代主流電池技術(shù)的關(guān)鍵還是要看能否快速降本達(dá)到TOPCon甚至PERC電池的成本水平。

1. 異質(zhì)結(jié)的痛點(diǎn)：成本

根據(jù)浙商證券2021年7月報(bào)告，截止到2020年底，異質(zhì)結(jié)M6電池生產(chǎn)含稅成本約為1.02元/W，其中硅片成本占電池總成本的52%，非硅成本占到48%。非硅成本中，銀漿靶材和設(shè)備折舊分別占到電池含稅成本的25%，6%和5%【3】。


很明顯，在異質(zhì)結(jié)電池的成本構(gòu)成中，N型硅片和低溫銀漿占到了電池成本的絕大部分。解決了這兩大主要部分，異質(zhì)結(jié)電池高成本的問(wèn)題就會(huì)迎刃而解。而異質(zhì)結(jié)的設(shè)備投資，雖然初期投資比目前PERC電池線的投資高，但當(dāng)電池整線達(dá)到設(shè)計(jì)產(chǎn)能和質(zhì)量目標(biāo)的前提下，設(shè)備折舊成本在電池成本中的比例，目前只占到5%，遠(yuǎn)沒(méi)有我們想象的高。因此，最有效降低異質(zhì)結(jié)電池成本的方向就是降低N型硅片的成本和降低電極的成本。

2. 異質(zhì)結(jié)的難點(diǎn)：降本

由于N型硅片尚未大規(guī)模量產(chǎn)，目前比P型硅片貴8%~ 10%，但異質(zhì)結(jié)電池采用了低溫加工，硅片變形小，加之異質(zhì)結(jié)非晶硅的光吸收系數(shù)比晶硅電池高，異質(zhì)結(jié)電池可以做得比晶硅電池薄而不會(huì)影響電池效率，用薄硅片完全可以抵消N型硅片目前的溢價(jià)。浙商證券2021年報(bào)告指出用150um的N型硅片和170um的PERC硅片成本只相差0.01元【3】。

長(zhǎng)期看，N型硅片和P型硅片同價(jià)后，晶硅電池由于光吸收率低，硅片厚度必須要保持在150um以上，而異質(zhì)結(jié)電池厚度可以進(jìn)一步減薄到120um，甚至100um。因此，在解決了薄硅片的焊接和封裝技術(shù)后，異質(zhì)結(jié)硅片成本大概率在不遠(yuǎn)的將來(lái)會(huì)比PERC和Topcon等晶硅電池還要便宜。異質(zhì)結(jié)電池的薄硅片將成為其成本領(lǐng)先晶硅電池的優(yōu)勢(shì)。

此外，異質(zhì)結(jié)電池由于非晶硅薄膜工藝的特殊性，所有加工溫度都需要在200度下完成才能保證電池效率不下降。因此，不像晶硅電池，在高溫下將高溫銀漿中銀顆粒融化并穿透減反射膜和電池發(fā)射極熔融連接形成歐姆接觸。200度的低溫工藝，使得銀漿中銀顆粒之間只能靠聚合物粘接。

為保證銀漿中顆粒的低連接電阻，就必須將銀顆粒直徑做得更小，比表面積更大，銀的用量更多，導(dǎo)致目前使用的低溫銀漿的成本比高溫銀漿更貴，并且在可見(jiàn)的未來(lái)，低溫銀漿的成本也不會(huì)降低到比高溫銀漿更便宜的水平。加之異質(zhì)結(jié)電池結(jié)構(gòu)天然對(duì)稱(chēng)的雙面性，要在上下電池兩面完成電極加工，制造電極的銀漿用量，天然比晶硅電池高。

如果說(shuō)N型硅片可能會(huì)隨著量產(chǎn)而降本，那么低溫銀漿就成了異質(zhì)結(jié)降本的最大障礙，也是目前異質(zhì)結(jié)電池技術(shù)推廣中一個(gè)比較尷尬的境遇。

首先，異質(zhì)結(jié)電池電極低溫銀漿用量大。由于異質(zhì)結(jié)電池的對(duì)稱(chēng)結(jié)構(gòu)，帶來(lái)了天然的雙面發(fā)電優(yōu)勢(shì)。但同時(shí)，電池正面電極和背面電極均需使用銀漿形成電極，和常規(guī)晶硅電池只使用正銀和使用背銀銀漿相比，異質(zhì)結(jié)電池電極銀漿的消耗量由于雙面結(jié)構(gòu)的原因，比常規(guī)晶體硅電池大。出貨排名前十的一個(gè)組件廠推出的9BB158.75異質(zhì)結(jié)電池的低溫銀漿耗量是200mg，而目前主流相同尺寸9BBPERC電池高溫銀漿用量只有95mg左右。某異質(zhì)結(jié)電池整線設(shè)備廠在技術(shù)規(guī)格書(shū)中承諾的210SMBB半片的低溫銀漿耗量不大于110mg，換算成210整片的低溫銀漿耗量不大于220mg。目前，主柵圖形的優(yōu)化設(shè)計(jì)和細(xì)柵的細(xì)線化，已經(jīng)是常規(guī)晶硅電池降低銀漿使用量的一個(gè)日常工作?？梢栽O(shè)想一下，在這種參照晶硅電池電極模式的環(huán)境下，異質(zhì)結(jié)相似的電池電極模式所使用的低溫銀漿用量只會(huì)比常規(guī)PERC或TOPCON晶硅電池使用的高溫銀漿的用量多得多。

其次，低溫銀漿成本比高溫銀漿貴。圖片與高溫銀漿在超過(guò)500度高溫下燒結(jié)形成銀粉間熔融形成的歐姆接觸不同，低溫銀漿中電子依靠量子隧道效應(yīng)，從一個(gè)銀粉單位轉(zhuǎn)移到另一個(gè)銀粉單位，因此電阻率比高溫?zé)Y(jié)型銀漿大。銀粉顆粒的相對(duì)接觸面積越大，銀粉顆粒的粒徑越小，導(dǎo)電銀漿的電阻率越小，其固化所需的溫度越低。若銀粉顆粒的粒徑過(guò)大，銀粉顆粒間的接觸率越低，粒子之間的空隙有可能會(huì)被樹(shù)脂粘結(jié)相所填充，無(wú)法形成穩(wěn)定連續(xù)的導(dǎo)電通路，造成固化后的銀漿導(dǎo)電性變差。

超細(xì)銀顆粒的制備，目前國(guó)內(nèi)制造銀粉顆粒的平均粒徑≤0.5μm，比表面積為0.8-3m2/g。國(guó)外產(chǎn)商提供的銀粉平均粒徑≤0.2μm，比表面積1.4-2.4m2/g，分散性較好。日本Kyoto ELEX（KE）的股東分別為有機(jī)樹(shù)脂龍頭日本第一工業(yè)制藥和全球銀粉最大制造商日本DOWA，其在原料和產(chǎn)品性能方面有明顯優(yōu)勢(shì)。目前KE對(duì)于低溫漿料的報(bào)價(jià)為6500-6800元/kg，遠(yuǎn)超晶硅用正面高溫銀漿的4500-4800元/kg的報(bào)價(jià)【1】。

考慮到異質(zhì)結(jié)電池低溫銀漿用量是目前晶硅電池高溫銀漿用量的2倍左右，同時(shí)目前低溫銀漿價(jià)格是高溫銀漿價(jià)格的1.5倍左右，異質(zhì)結(jié)電池電極的銀漿成本將是晶硅電池電極高溫銀漿成本的3倍左右。幾乎可以說(shuō)不論使用銀包銅技術(shù)，還是銀粉顆粒實(shí)現(xiàn)國(guó)產(chǎn)化，期盼異質(zhì)結(jié)電池電極低溫銀漿的單瓦成本降低到和晶硅電池高溫銀漿單瓦成本相近是不現(xiàn)實(shí)的。


第三，低溫銀漿電極焊接力偏低。低溫銀漿主要由銀粉顆粒、樹(shù)脂、溶劑和添加劑組成。銀粉起導(dǎo)電作用。樹(shù)脂包裹銀粉起整體粘結(jié)作用，并和TCO膜粘接，提供電極和電池表面的附著力。溶劑用于調(diào)節(jié)粘度和印刷。添加劑主要幫助樹(shù)脂固化，提高樹(shù)脂附著力和耐候性【2】，因此需要低溫銀漿形成的電極與TCO導(dǎo)電層的接觸電阻需足夠低，同時(shí)電極柵線和焊帶的連接有足夠的焊接力，保證組件長(zhǎng)期使用的可靠性。但由于異質(zhì)結(jié)電池結(jié)構(gòu)特點(diǎn)，焊接溫度必須保持在200度以下，同時(shí)使用MBB圓形焊帶，使焊帶和低溫銀漿電極的接觸從平面連接變成線連接。如果焊帶和異質(zhì)結(jié)電池電極的焊接力遠(yuǎn)遠(yuǎn)小于常規(guī)晶硅電池電極和焊帶的焊接力，將為25年的長(zhǎng)期使用埋下隱患。

上表為某組件廠測(cè)試異質(zhì)結(jié)電池焊帶焊接拉力的測(cè)試結(jié)果。很明顯，焊接拉力離1N/mm的要求還是有一定差距的。

3. 異質(zhì)結(jié)的疑點(diǎn)：SMCT

SMCT，SmartWire Connection Technology, 一種由瑞士公司梅耶博格提出的低溫銀漿降本解決方案。據(jù)Smartwire 專(zhuān)利擁有者瑞士梅耶伯格宣稱(chēng)的，利用Smartwire后，可以將整片異質(zhì)結(jié)電池的低溫銀漿用量降低到100mg以?xún)?nèi)。

Smartwire無(wú)主柵方案是不是真的可以解決低溫銀漿的高成本？

確實(shí)，單從電池的成本看，低溫銀漿的用量由于省去了主柵線，確實(shí)下降了50%。考慮到異質(zhì)結(jié)電池比PERC電池有10%以上的超發(fā)，這個(gè)成本似乎非常有競(jìng)爭(zhēng)力。但梅耶伯格沒(méi)有告訴大家的是，在Smartwire中，那個(gè)包裹替代焊帶的?0.2mm銅絲的兩層聚合物薄膜成本也要在1~2美元/m2。SWCT技術(shù)只是將原來(lái)低溫銀漿主柵的成本轉(zhuǎn)移到組件成本中，總量并沒(méi)有實(shí)質(zhì)性降低。

從實(shí)踐來(lái)看，梅耶博格SMCT技術(shù)在中國(guó)推廣多年，幾乎沒(méi)有什么進(jìn)展；與REC合作，可能也成了雞肋；與牛津光伏合作，最近又在鬧分手；能看到的最大成果，就是賣(mài)不掉就自己用，從一家設(shè)備和技術(shù)供應(yīng)商變成了異質(zhì)結(jié)電池制造商。

4. 異質(zhì)結(jié)的賽點(diǎn)：賤

從上述討論中可以得出非常清楚的結(jié)論，無(wú)論是低溫銀漿的用量，還是低溫銀漿的單位成本，異質(zhì)結(jié)電池如果繼續(xù)使用低溫銀漿制作柵線電極，從電池成本上比較，異質(zhì)結(jié)電池終將無(wú)法和目前的晶硅電池相競(jìng)爭(zhēng)，并可能一直高于從PERC進(jìn)化的N型TOPCON電池。

考慮到焊帶和柵線焊接力下降帶來(lái)的可靠性隱患，異質(zhì)結(jié)電池非常有可能會(huì)失去成為下一代主流電池技術(shù)的機(jī)會(huì)。隆基，晶科首推Topcon電池就已經(jīng)反映出了這個(gè)趨勢(shì)。

因此，能否找到一種電池柵線結(jié)果比目前的異質(zhì)結(jié)電池電極結(jié)構(gòu)使用銀漿更少呢？如果有，異質(zhì)結(jié)電池就能成為新的賽點(diǎn)。

而能成就異質(zhì)結(jié)新賽點(diǎn)的，可能就是一個(gè)字：“賤”！

如果有一種賤金屬可以完全取代目前昂貴的銀粉體系漿料，成為新一代異質(zhì)結(jié)柵線電極材料，并能適用于低于200度的加工工藝，那么新的柵線電極成本就能接近甚至低于目前PERC電池電極成本；

如果新的柵線電極結(jié)構(gòu)使低于200度時(shí)的焊接力仍然可以輕松超過(guò)目前晶硅電池的焊接力，那么異質(zhì)結(jié)電池就能保證25年長(zhǎng)期可靠性。

這些假設(shè)將是異質(zhì)結(jié)電池能否成為第三代光伏電池賽點(diǎn)的關(guān)鍵。

【參考資料】

1. 光伏銀漿專(zhuān)題報(bào)告：HIT技術(shù)變革百億光伏銀漿市場(chǎng)蓄勢(shì)待發(fā)；

2. 異質(zhì)結(jié)電池用低溫銀漿研發(fā)與展望；

3. 異質(zhì)結(jié): 光伏電池片未來(lái) 5 年重大技術(shù)變革！2021。 

原標(biāo)題：異質(zhì)結(jié)的痛點(diǎn)、難點(diǎn)、疑點(diǎn)和賽點(diǎn)