叠栅：光伏电池降本提效新变革
2024-12-10 00:00:00杨阳
股市动态分析 2024年24期
光伏电池片主要通过其正背面的金属电极来导出内部电流，传统光伏电池的栅线呈十字交叉型，由细副栅和粗主栅垂直排列构成。随着电池技术发展，栅线图形也在不断变化，力求在减少遮光损失、降低银耗的同时保证导电性能。16主栅及以上的SMBB（Super-Multiple Busbar）是目前主流的多主栅技术，无主栅但有副栅的0BB是SMBB技术的升级，而叠栅技术则可以理解为更极致的0BB，上下两层的结构使得主栅和副栅完全被取代，从而进一步打开电极金属化环节的降本增效空间。
降本提效技术新变革
传统光伏电池的电极结构为副栅+主栅+焊带，栅线呈十字交叉型，主栅主要起到汇集副栅的电流、串联的作用，副栅用于收集光生载流子，最终焊带导出电流。而“叠栅”为上下两层结构，下面一层为少量银浆形成的导电种子层，上面一层为极细三角导电丝（铜），所谓“叠栅”即是将三角导电丝“叠”到种子层上。（见图一）
图一：叠栅结构示意图
原本SMBB、0BB的电池片组件的金属化工艺采用丝网印刷或串焊，会有银耗高、遮光面积大、电阻高、生产速度慢等问题，而叠栅则解决了上述问题，具备电阻小、省银、提效、平台化等优点。
传统方式下电流的运动路径为电池表面→副栅→主栅→焊带，需要有副栅到主栅横向运输的过程，而叠栅为电池表面→导电种子层→导电丝，均为纵向运输（见图二）。横向传输过程中的热阻损耗会拉低电池及组件输出功率，减少横向传输后热阻损失可以降低很多，提高组件输出功率，电流传导的电阻率要求也大大降低，因此叠栅可以将银换成便宜的铜，且导电丝可以更细。同时种子层不需要以往主副栅对高宽比的要求，仅需很薄的种子层形成隧穿，从而大幅降低银浆耗量。据国联证券，目前SMBBTOPCon的银浆耗量约11mg/W，银浆价格约8000元/kg（白银现货价格约7800元/kg，增加部分加工费），若使用叠栅技术可节省75%的银浆，降本约0.07元/W。
图二：0BB电池与叠栅电池的电流传输路径对比
另一方面，叠栅技术采用了具有超高表面反射率的极细三角导电丝，对太阳光线的利用率很高，与常规的扁形焊带、圆形焊带相比，几乎可以反射所有的垂直入射光和斜射光（见图三），制成组件后的光学增益明显，组件功率提升更高。叠栅的遮光率可降低至1%以下，而SMBB光伏电池遮光率约3%，0BB技术遮光率约2.5%。根据时创能源，遮光率每下降1%，光伏电池效率绝对值可提升0.25%左右。结合与叠栅技术相匹配的高效电池技术（双POLO钝化技术等），以2382*1134组件版型为例，相较TOPConSMBB技术，采用叠栅技术的单块组件功率可提高25-30W以上。此外，叠栅为平台化技术，TOPCon、HJT、BC均可使用，同时还有双面综合功率高、美观、极强的抗隐裂能力、热斑风险低等诸多优势。
量产突破阶段，良率有待提升
叠栅的工艺流程主要分为三步：制备种子层、制备三角导电丝、将三角导电丝和种子层焊接结合。叠栅的工艺难点主要在于上百根三角导电丝和种子层的对准焊接，同时还要兼顾良率和速率，即如何又快又准地将导电丝“叠”到种子层上。目前对准是影响叠栅良率的关键。东吴证券指出，现有技术一是在电池片上难以做到致密排布，即电池片上焊带的数量受到工艺制约，难以生产具有高密度焊带的电池；二是即便通过焊带布设工装将焊带布设在电池片上，由于焊带较细、且为三角容易翻转，故叠栅需要新的工艺来进行生产。
东吴证券分析认为，从材料端来看，叠栅虽然银浆单瓦成本能够降低5分左右，但需要增加三角导电丝单瓦成本5分，故材料端目前成本偏高；设备方面，丝印设备因种子层工艺改进使用台数减少，但需要新的叠栅设备，按照3年折旧，设备单W成本要贵1分左右，目前小批量生产下尚不具备经济性；未来量产后有望比SMBB、0BB单瓦成本降低2-4分。
而根据国联证券的测算，在叠栅与0BB同一良率的前提下，小批量产阶段，叠栅比0BB节省成本约3.8分/W（6分/W-1.9分/W）；大批量产阶段，叠栅比0BB节省成本约8.7分/W。不过，目前0BB良率已经到量产水平，而叠栅良率还处于量产突破阶段，良率仍需进一步提升，而实际降本效果与良率高度相关，因此建议持续关注后续叠栅的量产数据。
技术龙头战略合作，推动产业化加速
2024年8月，时创能源与通威股份、晶盛机电签署了《战略合作协议》，拟共同推动叠栅组件技术发展及量产。战略合作中，时创能源提供独家的三角导电丝+叠栅专利技术包，晶盛机电提供叠栅串焊设备，通威进行量产验证。时隔一个月，9月时创公告将募资不超过2.85亿元，用于建设“年产1GW叠栅组件制造项目”，项目总投资额约2.88亿元，预期建设周期为9个月。
东吴证券指出，通威的TOPCon产能2024年底会达到150GW，考虑到技术的进一步差异化发展，通威需要叠栅来助力TOPCon的进一步降本增效；时创能源在材料配方领域具备丰富经验，需要借助大厂的力量快速推动叠栅技术的产业化，通威股份作为大厂既有实力也有意愿进行同步研发，尊重知识产权，能够通过销售导电丝或者分享超额收益实现技术变现；晶盛机电在设备研发与制造方面具有优势，也是时创的股东之一，持有其1.5%的股份，能够通过销售叠栅设备或者分享超额收益实现技术变现。晶盛掌握叠栅设备的专利、时创掌握三角焊带的专利，通威具备规模化的产能，三方合作有望加速叠栅产业化。
从目前进度来看，叠栅产业化最大的瓶颈在于设备和材料，如工艺的跑通、产品的良率、经济性等。叠栅技术已经实现0到1的突破，正处于量产突破阶段，未来随着量产的跑通和设备成本的不断优化，率先布局的相关设备及材料商有望受益于叠栅扩产。
图三：不同焊带对比
