深度分析光伏电池片金属化及银浆技术

 

■N型电池技术银浆成本显著提升，优化升级金属化迫在眉睫。金属化是光伏电池片关键工艺之一，主要用于制作光伏电池电极，将PN结两端形成欧姆接触，实现电流输出。金属化工艺对于电池的可靠性、成本、转化效率、工艺路线均有较大影响，目前丝网印刷是最成熟且普遍金属化工艺。

对于各种电池片来说，银浆成本是仅次于硅片的第二大成本占比。尤其对于TOPCON、HJT技术来说，银浆成本从PERC的10-11%显著提升至16%-24%以上，成为限制产业化推广的重要因素，传统丝网印刷工艺无法满足新型高效电池需求，因此探索金属化的升级优化意义重大。

经分析，金属化技术升级主要通过两大途径：1）采用新型金属化工艺降低银浆耗量（可用于PERC、TOPCON、HJT等各技术路线）；2）采用国产化、新型浆料材料降低银浆耗量（银包铜仅可用于HJT技术）。

■接触、非接触式金属化工艺升级，上下游积极推进量产验证。金属化技术大致可分为接触式、非接触两种。接触式金属化技术大多仍应用丝网印刷工艺，更多对于主栅和细栅的进行优化设计，具体体现为主栅线数量的增加从2BB发展至3BB、5BB、MBB技术，以及在此基础上继续优化的迈为华晟的SMBB、钧石的新型栅线设计、梅耶博格的无主栅（SmartWire）技术。

而非接触金属化技术不再局限于丝网印刷工艺，通过各种创新电极制作方式实现银浆耗量、栅线形貌等进一步优化，具体主要表现为电镀、转移印刷、喷墨打印技术等，目前也有领先设备厂商及下游在进行量产布局。

当前，基于传统丝印的MBB多主栅技术已经成为各电池路线主流金属化方式，新型SMBB、电镀、转移印刷、银包铜等技术正在积极推进产业化验证，一旦验证将加速推进TOPCON、HJT等高效电池片技术产业化。

■国产化+新型浆料应用，进一步降低浆料自身价格。除了对于金属化工艺的优化升级，对于银浆材料本身的降本优化同样具备较大意义。而且降本后的银浆能够叠加大多新型金属化工艺，实现银浆成本的进一步降低。

浆料的降本优化一方面体现在银浆的规模化，国产化降低其本身价格；另一方面表现为银包铜等新型浆料的产业应用，用低价金属替代高价金属从而降低整体的浆料成本。目前KE在银包铜环节布局领先，明年国内公司在银包铜上或将实现布局，而华晟计划明年进行银包铜产业化验证，若进展顺利则有望于今年提前导入。

■提示：目前各设备厂新型金属化技术均在下游产线推进量产验证，一旦突破将率先受益于技术更迭，抢占较高市场份额，光伏下游需求不及预期，新技术进展布局不及预期。

目录

1.核心观点

金属化是光伏电池片制备的关键工艺之一，主要通过银浆制作太阳能电池电极，对于各种电池片来说，银浆成本是仅次于硅片的第二大成本占比。尤其对于TOPCON、HJT技术来说，银浆成本从PERC的10-11%显著提升至16%-24%以上，成为限制其产业化推广的重要因素，因此探索金属化的升级优化意义重大。

我们分析，金属化技术升级主要通过两大途径：1）采用新型金属化工艺降低银浆耗量（可用于PERC、TOPCON、HJT等各技术路线）；2）采用国产化、新型浆料材料降低银浆耗量（银包铜仅可用于HJT技术）。当前，基于传统丝印的MBB多主栅技术已经成为各电池路线主流金属化方式，新型SMBB、电镀、转移印刷、银包铜等技术正在积极推进产业化验证，一旦验证将加速推进TOPCON、HJT等高效电池片技术产业化。

2.N型电池技术银浆成本显著提升，优化升级金属化迫在眉睫

金属化是光伏电池片制备的关键工艺之一，主要用于制作太阳能电池电极。太阳电池经过制绒、扩散及PECVD等工序后，已经制成能够光照发电的PN结，而正负电极能够将PN结两端形成欧姆接触，实现电流输出。光伏电池电极由主栅线和细栅线两部分构成，主栅线直接连接电池外部引线，细栅线引导收集电流并汇总传递到主栅线，制作成窄细的栅线状以克服扩散层的电阻。金属化工艺对于电池的可靠性、成本、转化效率、工艺路线均有较大影响。

制造电极的金属化方法很多，而丝网印刷是最成熟且普遍的一种生产工艺。丝网印刷是通过刮条挤压丝网弹性形变后将浆料漏印在需要印刷的材料上，电池主要采用该工艺来印刷背电极、背电场、正面电极，主要用到铝浆和银浆，从而形成正面银栅极和背面铝背场，主要设备为丝网印刷设备。

目前PERC环节，丝印工艺及设备已经达到较高水准。根据设备龙头迈为股份公告，其成套设备印刷产能可以达到单轨3400片/小时，双轨6800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，其中单线、双线价格分别为510、1142万元/条。此外还实现了二次印刷、双头双轨印刷、高速高精软件控制等前沿技术的突破。

我们判断在PERC丝印设备速率、工艺均已相对成熟，难有较大更新迭代。但随着TOPCON、HJT等新型电池片技术出现，根据TRENDFORCE数据，银浆成本占比从10-11%显著提升至16%-24%以上，对于浆料印刷工艺设备均提出更高要求，存在广阔的优化升级降本空间。

1）TOPCON：TOPCON技术对于工艺和设备相较于PERC差异不大，但TOPCON采用高温双面银浆，单片耗量在130-150mg左右，高于双面PERC的85mg/片耗量。根据TRENDFORCE数据，当前浆料占TOPCON成本15.8%左右，因此如何优化技术化工艺、银浆浆料成本对于降低TOPCON电池生产成本至关重要。

2）HJT：由于HJT电池采用非晶硅薄膜需要温度限制在200℃的低温环境，因此HIT电池通常使用可在低温下固化的特殊低温银浆，较传统高温银浆贵2000元/kg。同时，异质结双面银浆的耗量相对于TOPCON进一步提升，当前耗量在250mg/片左右，当前浆料占HJT成本24.3%左右。

3.金属化工艺升级+新型材料，银浆降本存在较大空间

3.1. 接触式金属化技术（丝网印刷工艺）

3.1.1. 多主栅：提升效率降低银浆耗量，当前各电池路线主流技术

多主栅技术又称MBB（Multi-Busbar），通常指主栅线在6条及以上。由于主栅线数量增加能够使得栅线做的更细，从而减少了电池表面的遮挡；同时缩短了电流在细栅上传导距离，可有效降低组件的串联电阻；此外因主栅线及细栅线宽度减少，还能够显著降低银浆耗量。根据光伏们数据，多主栅技术在电池端转换效率可提升大约0.2%，节省正银耗量25-35%；组件端功率可提升10W左右；度电成本可降低约1%。

主栅技术的发展历程也体现为栅线数量的增加，基本节奏为2-3年实现一个进阶：最初的太阳能电池主要以2BB为主，而在2010年开始各厂家逐步切入3BB，2013年进一步发展为4BB，2015年又切换为5BB。但由于继续提升主栅数量对于电池片分选、组件串焊、组件叠层均提出了更高的要求，直到2019年市场主流电池片仍为5BB。而近两年随着电池、组件技术的持续优化，市场现有产品实现了MBB的普及推广。

多主栅技术拥有较强兼容性，可叠加多晶、单晶、黑硅、PERC、TOPCON、HJT、双面、单玻、双玻等多项主流技术。同时多主栅技术升级主要体现为组件串焊机设备的更迭，对于电池设备来说变化不大，主要需要丝印设备网版的更换调节，以及分选设备的精准度提升。因此MBB技术也进一步推动N型电池片的加速渗透，将HJT银浆耗量从300mg/片降低至200-250mg/片以下。9BB、12BB已经成为当前各技术路线电池金属化、组件串焊的主流技术，但当前银浆成本仍然较高，仍需进一步优化金属化技术。

3.1.2. 多主栅进一步优化：领先设备厂先发布局，期待下游量产验证结果

迈为联手华晟布局SMBB，降低HJT银浆耗量至140-160mg/片。去年12月，迈为联合华晟发布SMBB技术（SuperMBB），基于12BB技术提高串焊精度至0.05mm，降低主栅的pad点大小从0.9*0.6至0.4*0.3，让焊带和细栅直接汇联进一步降低主栅宽度。通过栅线设计及焊盘点的优化，实现HJT银耗进一步降低，从9BB的250mg/片降至140-60mg/片。

目前华晟对于SMBB分为两个阶段实施，今年4月24日已经实现SMBB组件首批出货，目前正在持续推进下一阶段的量产调试和验证。和MBB技术类似，SMBB对于电池片丝网印刷设备变化相对较小，主要集中在组件串焊机设备精度进一步提升。目前迈为基于其自动化设备工艺开发了高精度串焊设备在华晟产线上进行调试，其他组件设备厂商也在研发布局相应技术。若后续华晟SMBB组件验证顺利，将有望推动该技术在产业加速渗透。

钧石公布丝印“黑科技”，降低银浆耗量至80mg/片。今年5月29日，钧石技术中心公布其特有专利的低银耗技术，采用全新的磁控溅射镀膜方式提高电池表面的导电性，并配合优化栅线设计，有效改善了细栅的导电性能。全新的溅射镀膜方式结合网版设计和新型浆料开发，单片银浆耗量下降50%，使G1硅片制作的异质结电池银浆单耗从150mg大幅降至80mg。目前该项专利技术已完成电池小批量试产，试产电池的平均转换效率在24.5%以上，最高转换效率高达25.2%，并已完成完整的组件可靠性验证。

根据钧石数据，目前其PERC电池的成本攀升到约0.837元/W，HJT电池的成本也高至0.982元/W。HJT电池成本比PERC高约0.145元/W，而其银浆成本就比PERC电池高出0.11元/W。低银耗技术的开发成功，将HJT电池成本从0.982元/W降到0.896元/W，比PERC电池成本高出不到0.06元/W，将使HJT电池的成本大大降低。我们判断，该技术仍待在稳定量产线上进一步调试运行，若验证能够适用于产业化将具备较大意义。

3.1.3. 无主栅：MeyerBurger技术专利，距离产业化仍有一定距离

加拿大Day4Energy最早在2008年提出无主栅概念，在PECVD减反射镀层后网印细栅但不网印主栅，将一层内嵌铜线的聚合物薄膜覆盖在电池正面，并在之后通过组件层压机的压力和温度帮助铜线和网印的细栅结合在一起，将铜线的一端汇集在较宽的汇流带上，并连接在相邻电池背面。2012年Day4Energy将技术出售给MeyerBurger，后者将其更名为SMWT（SmartWire）并继续开发，并于2013年向市场发布。

与传统主栅技术相比，SMWT技术采用铜线收集电流，消除了主栅并优化了细栅的宽度和间距。由于铜线的界面为圆形，制成组件后可以将有效遮光面积减少30%，同时减少电阻损失，组件总功率提高3%。由于30条主栅分布更密集，主栅和细栅之间的触电多达2660个，在硅片隐裂和微裂部位电流传导的路径更加优化，因此由于微裂造成的损失被大大减小，产线的产量可提高1%。更为重要的是由于主栅材料采用铜线，电池的银材料用量可以减少80%，起步实现HJT电池100mg/片以下耗量。

无主栅在电池工艺上变化较小，主要缺少印刷主栅的环节。而在组件环节需要实现薄膜和网栅线的交替连接，并和电池片连接形成电池串，最终将胶膜、玻璃板、电池串在真空条件下加压加热粘合在一起，需要新增/改造复合机、串焊机、层压机设备。尽管SMWT技术在降本增效上优势显著，但是由于当前其设备造价相对昂贵，同时增加了封装膜材料、焊带价格等，电池可靠性仍待批量验证，距离产业化仍有一定距离。

3.2. 非接触式金属化技术（非丝网印刷工艺）

3.2.1. 电镀：实现银浆完全替代性能优异，成本与环保制约产业发展

电镀技术是一种非接触式电极制备技术，利用电解原理在导电层表面沉积金属。主要基于种子层栅线的方法替代丝网印刷制作电极，一般是用含银的电镀液，选择镍/铜/银三镀层，或者只用镍/铜镀层完全替代银浆，从而使得成本具有竞争力。目前市场电镀技术常用电镀铜，制备阻挡层和铜种子层后，再通过黄光区制备掩膜并进行层压、曝光、显影，之后进行电镀并去除各层材料实现导通。

电镀技术优劣势均非常明显，优势在于：1）可以通过电镀其他金属完全替代银浆，材料成本价格低廉；2）可实现宽度更细的栅线和低接触电阻，从而创造更高的电池效率；3）可实现双面电镀，电池正背面金属化可以同时完成。

劣势在于：1）相较于传统丝印，电镀铜工艺流程较长，设备工艺成本及良率方面控制相对有劣势；2）电镀工艺中铜更容易氧化，过程中涉及湿化学，拉力难以控制；3）电镀液存在各种重金属、含氮废液、干膜废弃物，处理麻烦且环保成本较高，随着国内环保政策收紧，电镀项目的环评审批将极其困难。

目前，日本Kaneka公司已于2015年11月采用电镀铜的6寸双面异质结效率实现25.1%，赛昂公司(已出售给Solarcity)基于电镀铜技术改进异质结实现批量生产。国内方面，钧石在电镀铜技术布局领先，国电投南昌异质结产线也实现铜栅线布局，捷佳以及下游光伏龙头企业也在积极探索。在早期电镀铜相较于丝印存在一定成本优势，但随着MBB技术的普及已不再具备性价比。展望长期我们判断，电镀铜效率参数方面更有优势，若未来电镀工艺技术成熟成本下降，同时环保问题能够解决，其竞争优势或将重新体现。

3.2.2. 转移印刷：龙头设备实现领先布局，下游验证持续推进

帝尔布局研发激光转印，可进一步突破细栅线线宽。根据帝尔公告，其研发的技术为激光图形转印技术PTP（Pattern Transfer Printing），加工过程中则无需接触电池表面降低碎片率，通过在特定柔性透光材料上涂覆所需浆料，采用高功率激光束高速图形化扫描，将浆料从柔性透光材料上转移至电池表面，形成栅线。

根据公告，帝尔的PTP技术可实现 25μm 以下的线宽，实现更优的高宽比，帮助电池实现超细密栅电池，匹配选择性发射极技术，小幅提升电池转换效率。超细线宽的实现，可以大幅度降低银浆使用量30%以上。6月25日，帝尔于全景网公布，公司目前已完成激光转印技术的实验室论证和量产化技术储备，与下游龙头企业紧密推进产业化进程，激光转印的效果及可靠性有待下游产线数据的进一步验证。

此外，迈为作为传统丝网印刷设备龙头也在积极布局转印技术，根据迈为公告，已研发完成一种特殊的转移印刷设备项目，开发一种可以转移太阳能电池银浆的薄膜，该薄膜由特殊材料和工艺制成，采用一种特殊的转移工艺，并配合高精度CCD系统，可以很精准的将银浆从薄膜上转移到电池片上。能够做到更细的栅线，能够节省银浆40-50%，且形貌较好。

3.2.3. 喷墨打印：当前处于研发布局阶段，尚未明确产业进展

根据迈为股份公告，其正在研发阶段的喷墨印刷试验平台项目，通过研发一种新的喷头结构,全新的浆料喷墨控制系统，用于太阳能电池片一些浆料的喷印。通过多次试验,对不同黏度的浆料进行喷印,并达到所要求的线条的高度、直线度，宽度，湿重等技术参数。能做到对浆料的精细控制，较传统的丝网印刷工艺更有优势，尤其是在成本、质量和效率方面。

喷墨打印技术的优势具体表现在：1）非接触式打印，能够适用于超薄或柔性电池；2）具备更加精细、定量、精准的打印方式；3）由于金属耗量低、无网版等耗材，实现低成本金属化工艺；4）通过纳米材料，可用于低表面掺杂浓度接触。目前海润光伏2009年、2012年分别开发出第一、二代喷墨打印技术，能够实现栅线宽度40μm以下，电极银耗量降低30-40%以上。目前喷墨打印技术在下游尚未实现产业应用。

非接触式金属化技术除了以上三种以外，目前市场还存在点胶印、物理气相沉积等金属化技术，但其工艺目前在下游产线尚未实现产业化探索，还有待进一步验证。 

3.3. 浆料本身的降本优化：国产化及银包铜等新型浆料的应用

除了对于金属化工艺的优化升级，对于银浆材料本身的降本优化同样具备较大意义，降本后的银浆能够叠加大多新型金属化工艺，实现银浆成本的进一步降低。浆料的降本优化一方面体现在银浆的规模化、国产化降低其本身价格，根据索比光伏网，目前国产浆料厂商晶银新材、帝科股份、常州聚和，以及在国产化投资设厂日本银浆龙头KE均在积极推进浆料降价；另一方面，迈为联合华晟、钧石能源积极推进银包铜等浆料产业验证，金辰也在联合上下游积极储备新型浆料及金属化技术，也将显著降低银浆耗量。

银包铜的本质在于通过调节浆料中的银、铜掺杂比例，用低价金属替代高价金属从而降低整体的浆料成本。目前经过迈为及华晟的验证测试，银包铜在传统PERC的高温工艺容易氧化失效，但在HJT上可以充分实施，一方面因为其低温工艺抑制其氧化，另一方面HJT细栅线承载电流较小，同时HJT的电池结构也抑制了铜在硅中的电迁移效应。

通过调整浆料中银的掺杂比例，能够将银含量从90%降低至60%上下，甚至更进一步可降低至45%上下，叠加SMBB测算可降低银浆耗量至65mg/片，甚至可以低于PERC的银浆耗量。根据solarzoom，目前KE在银包铜环节布局领先，明年国内公司在银包铜上或将实现布局，而华晟计划明年进行银包铜产业化验证，若进展顺利则有望于今年提前导入。

来源：智造调查局