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近日，世界权威杂志《能源与环境科学》刊登了一篇有关光伏关键原材料金属银铟铋潜在供需紧张的研究报告。研究表明，为实现巴黎协定的目标将全球变暖限制在2°C，预计全球光伏组件产量将从2020年的135GW大幅提高到2030年左右的3TW(1TW=1000GW)，到2050年全球累计装机容量约为70TW。
太瓦级光伏电池规模的制造需考虑：银铟铋相关的挑战与机遇 从GW到TW，光伏电池关键原材料面临挑战 文中指出，假设光伏电池耗材上限为2019年全球银铟铋三种资源供应的20%，经测算，目前PERC、TOPCon、HJT电池的可持续制造规模上限分别为377GW(受金属银限制)，227GW(受金属银限制)和37GW(受金属铟限制)。因此，作者提出了金属银铟铋在光伏电池中的消耗目标分别为2mg/W、0.38mg/W和1.8mg/W。相比之下，光伏电缆需要的铜，组件需要的铝，变压器需要的钢，这些金属在全球的储量相对富余，暂时不会对光伏行业造成限制。但由于银、铟、铋资源在全球的稀缺性，在今后大约10年时间里，全球为了实现TW级光伏规模的生产目标，金属银、铟、铋或将面临供不应求的短缺困境。 全球银铟铋的供应现状 目前，全球银铟铋的地质含量估计分别为7.5×10-6%、2.5×10-5%和8.5×10-7%。这些值分别对应于大约2.1×1012吨、6.9 × 1012吨和2.4× 1011吨的总储量。然而，基于资源的实际可用性，只有一小部分可用于光伏产业。
矿山，图源：网络 1）2019年记录的全球银(Ag)矿物储量估计为560万吨，过去10年，全球白银供应水平保持相对稳定，年产量维持28000吨左右。其凭借优异的导电性能，银广泛应用于在新能车和太阳能电池领域。 2）铟资源(In)比银丰富，但铟的可用数量明显低于银。2019年，全球铟储量估计在1.5万吨至5万吨之间，比银低一个数量级以上。近几年铟的需求基本维持在1700吨左右，2017-2019年全球铟的需求分别为1682、1704、1701吨。其中，超过70%的铟用于显示屏所需的铟锡氧化物(ITO靶材)生产。 3）全球铋(Bi)储量估计为32万吨，约为银储量的57%，是铟储量的6-21倍。2019年，全球共生产了2.1万吨铋，其中75%以上来自中国。铋被认为是一种有前途的无毒金属替代品，在食品加工、化妆品、制药以及合金等多种行业都有应用。由于全球日益增强的环保意识和多国立法禁止使用金属铅，未来铋金属有望增加需求量。 全球光伏产业的银铟铋消耗现状 1）在硅太阳能电池中，银浆通过丝网印刷在晶体硅片上形成电极或电路。据统计，2020年单个平均转换效率为21%的太阳能电池仅使用90-100毫克银。然而，去年全球生产了超过250亿个电池，总共使用了2860吨白银，占2020年全球白银供应量的10.3%。根据PERC、TOPCon和HJT的2020年电池效率和白银消耗量，预计每TW年产能将分别消耗2019年全球白银供应量的53.1%、88.3%和116.9%。鉴于目前商用太阳能组件的寿命周期为25-30年，从报废组件中回收银，短期内不太可能显著缓解全球的白银供应压力。 2）铟主要以铟锡氧化物(ITO)的形式作为透明导电氧化物层(TCO)用于HJT电池。通常每个HJT电池表面将使用80-100nm厚的ITO层，按电池效率为25.11%，ITO的氧化铟含量为90%计算，相当于每个HJT电池需要消耗约5.7mg/W的ITO和4.2mg/W的金属铟。文中指出，目前HJT太阳能电池计划产能为大约为40-50GW，预计每年至少消耗170-540吨铟，相当于2019年全球铟供应量的8.5-26.9%。随着异质结电池的转换率不断突破，实际产能不断放量，铟的消耗量有大幅增长趋势。
HJT电池制造工艺步骤对比，图源：光大证券 3）在晶体硅太阳能电池行业，铋基合金可替代传统的锡/铅焊料，在低于150°C的温度下进行焊接，避免电池因高温破裂、电池弯曲等情况出现。研究报告还指出，同样基于25.11%的光伏电池效率下，每个铋基合金太阳能电池将消耗铋大约144mg，若生产1TW的太阳能电池，预计需要消耗2019年全球60%以上的铋。 面对银、铟、铋未来短缺局面的措施 2020年全球光伏累计装机容量超过756GW，占全球发电量的10%左右，光伏产业持续快速增长的产能让人们意识到其原材料的重要性。过去几十年，传统燃油车的发展离不开石油，当下新能车的发展离不开锂、钴、磷。未来，可预见全球光伏装机量将呈指数级爆发增长，光伏产业将离不开银、铟、铋金属。针对该类资源的潜在短缺，有业界学者建议我国可参考以下三个大方向的建议： 一、加大关键金属矿产的勘探 2021年11月12日，国家发改委在《推进资源型地区高质量发展“十四五”实施方案》中提出，加强对国内战略性矿产资源调查评价、勘查和开发利用的统一规划，打造战略性矿产资源稳定供应的核心区。光伏作为“碳中和”的关键一环，应加快勘探银铟铋矿产进程，同时海外矿产也要积极布局，做好资源整合，抢占光伏时代发展制高点。 二、提升稀缺金属回收技术，强化“变废为宝”的能力 稀缺金属除了勘探开采，也可以“人为智造”。通过回收再利用，让稀缺资源可再生是新能源可持续发展的必由之路。除了较为常见的火法冶金和湿法冶金回收提纯工艺，还需研发更加先进高效的回收工艺。 三、国家或行业定期收储，发挥“定海神针”作用 自2020年疫情爆发以来，全球供应链供需错配，各种原材料供不应求，造成市场波动较大。国家以及民间应适时的进行收储，以防不备之需。同时，有助特殊时期维稳市场，调节产业资源供需平衡。
蒸蒸日上的光伏产业，图源：网络 在过去的十年中，光伏行业的不断降本增效，已让太阳能成为全球最便宜的能源之一。金属银铟铋作为太阳能电池的关键原材料，将在世界能源格局演变过程中留下浓墨的一笔。 |
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