光伏新技术系列-TCO玻璃

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【行业情况介绍】

碲化镉电池和钙钛矿电池用的导电膜层主要是FTO膜，目前膜层技术方面有难度。第一是膜层匹配度，主要基于四层膜（二氧化硅膜、消束层、含氟量的导电层、绝缘层），每个膜层它的匹配性优化有技术难度；第二是膜层的氟含量，现在应用方面一般采用在线的工艺，难以控制氟含量，但氟要求的含量在1.4%-2.5%之间。虽然可以用离线方式（使用靶材溅射），采用模块化工艺性能更好，氟含量稳定，膜层均匀性，致密性，附着力更好，但用PVD镀膜，设备和技术成本较贵；第三，应用方面要求高透，电阻率低，但通过率和电阻率互相矛盾，所以工艺优化难度较大。

目前国内主要FTO玻璃厂家主要是金晶，耀皮在去年12月份宣布收购了大连一家公司，在今年的3月31号完成技术交割，目前有两条线，一条在大连，一条在江苏常州（从LOW-E玻璃产线技术升级到可以做FTO玻璃）。南玻也在做，中国玻璃在山东淄博的产线在2019年做了技术研发，到2021年仍性能差距较大。供货目前主要是金晶和艾杰旭，耀皮等公司在国外目前没有给我们提供FTO玻璃。

现在钙钛矿电池技术基本上采用化学方式，随着技术提升，钙钛矿的工艺朝着用PVD的方式发展，稳定性更好，镀完膜后均匀性也更好，电池效率稳定，这是未来钙钛矿电池的发展应用方向。

钙钛矿现在用FTO膜层，未来可能会朝ITO方向发展，因为ITO的透过率、导电率更好，但是ITO中有稀有元素，大规模应用成本高，但从工艺角度，使用ITO的透过率92%-96%，使用FTO的透过率82%-85%，国内做的FTO透过率82%，83%。其他厂家透过率85%左右，每1%透过率影响到电流提升3%，对效率影响较大。

目前钙钛矿电池从膜层结构上，是在一张氟化玻璃上用PVD方式沉积一层二氧化钛膜，通过沉积方式在上面做一层疏密的二氧化钛（支架层），再把钙钛矿溶液通过悬涂的方式滴上，均匀后烘烤，再在背面镀空隙传输层，再在上面做电极（镀金、镀银、镀铝等，因为金银价格高，一般会镀钼或铝，铝会降低电池功耗）。以后钙钛矿电池技术发展会朝向物理方式（全部采用PVD）。但是要提前把钙钛矿溶液做成钙钛矿固体，先把化学反应形成后，再形成固态板材，通过PVD方式把膜层建设到FTO膜，从而解决电池技术性问题。

现在钙钛矿电池存在问题，第一是钙钛矿电池大面积化无法推广，因为原来用CVD方式做大面积时，膜的均匀性不好，并且钙钛矿电池大面积化后，电池上有很多悬挂键，效率稳定性不好。所以无法大面积化则无法降低成本；第二是现在钙钛矿电池稳定性在几千个小时，光伏要求电池稳定性至少25年系统稳定发电效率大于80%以上，但是它无法达到；第三，钙钛矿电池原来内含铅，要进将铅替换需要找替代性材料。现在只能做600x600，或1米2x600，成本较高。

目前我们正在对靶材设计，以及配套供应链（包括PVD设备、靶材、靶位、激光设备等产业链设备）进行研究。现在蒸发设备已有，还需解决技术问题。

【q&a】

Q：南玻等公司做FTO玻璃，是否存在一些技术壁垒？

A：从技术角度存在难度，但是难度不是特别大。因为FTO玻璃属于二元的氧化物透明导电玻璃，产业上如果有离线设备可以用离线方式去做，一般是在线上增加镀膜设备做汽车玻璃。

Q：TCO玻璃在给下游企业在送样验证产品过程中会关注哪几个指标？

A：定性技术指标主要关注方块电阻和反射。第一，一般太阳能电池主要是吸收整个可见光这个范围，晶硅吸收400-800纳米口径范围内，薄膜类电池像碲化镉类200-900纳米，所以碲化镉薄膜电池属于弱光发电电池，钙钛矿电池吸收也在200-900纳米，但吸收的波峰峰值范围在短波长吸收的范围比晶硅多，在长波长范围晶硅吸收更多。FTO玻璃的吸收可见光大于80%属于合格产品。但现在透光率基本上在82%以上，金晶的透过率81%-82%左右。第二是方阻10-15欧姆左右，一般国内在10.5-11欧姆左右，12欧姆以上也可以，但是电阻越大，内阻损耗越大，影响到电池功率。但是方阻和透过率是矛盾的，要在中间找一个平衡点。    

外观指标上，第一，要求只有非常轻微的色差（地面电站有透光进来色差会放大），FTO膜第二层叫消束层(通过光的半个波长去消光，视觉上消除色差)。耀皮收购的艾杰旭是90年代建的线，建成十多年，用的二代技术设备，有色差。他们3月31号完成对艾杰旭的股权交割，2022年12月份完成这方面的协议，进行改造升级，可能会投入整改；第二，玻璃翘曲度，因为玻璃镀完膜后，翘曲度偏大会导致后期产品良率不高；第三，玻璃边缘有无崩边崩角，膜层有无被划伤，轻微划伤也不允许。

Q：在量产过程中，以100mw产线为例，薄膜电池（像钙钛矿或碲化镉）与TCO玻璃的用量大概是多少？

A：取决于玻璃的板面大小和转化效率。国内钙钛矿电池，像极电新建的150mw的产线用1米2x600，属于二代技术（一代用600x600，二代技术用1米2x600）。100mw，不考虑稳定性，钙钛矿电池转化效率15-16%，需要100万片左右。碲化镉国内转化效率16%左右，用玻璃100万片左右，按面积100万片，80万平方左右。

Q：目前国内厂家TCO玻璃产品进展的情况？

A：耀皮收购艾杰旭后，是100%的股权收购，技术方面没有问题，但要解决色差，FTO膜层的平均厚度在400纳米左右，膜层致密性有厚有薄，薄350-360纳米，厚450纳米左右，平均400纳米左右，在里面加消束层可能会有一定影响，总体上问题不大。现在耀皮他们准备在江苏的常熟做FTO玻璃。大连要等到3月31号完成交割以后，再决定要不要技术整改。金晶在2019年在山东淄博建了两条线，第一条线从技术上来说做了很多技术研发把FTO玻璃研发出来，现在国内是他和耀皮在供货。中国玻璃在山东淄博，属于中建材一个子公司，2019年开始研发，2021年送样后，产品指标和艾杰旭、金晶的玻璃基本相同，但是效率差异较大（含氟二氧化锡层做的不够好），没有出正式产品。国内安彩高科也准备做FTO玻璃。总体FTO玻璃应用，技术指标相同情况下，使用情况不太一样，有很多技术难点（怎么样去匹配膜层等）。

Q：目前TCO玻璃主流是FTO，随着钙钛矿的发展，未来会不会有更多厂家会选择ITO？    

A：随着钙钛矿电池发展，ITO属于物理方式（用PVD建设镀膜），会往那个方向去倾斜，ITO膜也有一些缺陷，第一成本高，材料在地球上1万吨左右，还要做平板显示的高透（最高可以98%）；第二不耐高温；第三点激光性较差，如用激光刻划，把电池形成小电池串联起来，但是用激光器刻划过程中，ITO形成一些断线，影响到电池效率。

从设计角度，大面积化效率会下降，去年一家公司送1米x2米的大片钙钛矿电池参加德阳装备展，转化效率10%不到。所以在早期过渡阶段的话，以FTO为主，技术成熟后会做ITO。

从玻璃供货角度，过渡没有这么快，因为FTO生产用在线的工艺技术，ITO生产技术用离线的技术，一般电子级玻璃2毫米或2.2毫米，薄膜电池都是用3.2毫米，还要看板面和进口方向。至少有三年左右的时间。所以对于ITO和FTO的应用，后面会存在技术并行的状态。

Q：TCO有三种（ITO，FTO，AZO），ITO成本比较高，但AZO成本较低，钙钛矿技术发展未来会不会朝着这个方向去倾斜？

A：AZO的方阻率比FTO方阻率低四倍，FTO方阻是5x10的-4次方，AZO是1x10的-4次方。我们希望AZO去替代，因为成本低，也可以用PVD的方式做，但是AZO不耐高温，容易受潮容易氧化，包括激光刻划性能等问题需要解决。

Q：在BIPV场景，TCO玻璃和真空玻璃一起用吗？

A：可以。现在项目上应用，保温隔热用真空玻璃做，工艺结构比较复杂，价格也较高，一般BIPV项目应用大部分不用真空玻璃，主要用LOW-E玻璃，可以做前真空，也可以做后真空。

Q：目前TCO玻璃售价以及未来大规模量产之后，价格会降到什么水平？

A：现在TCO玻璃，耀皮、艾杰旭售价65元左右，金晶参考耀皮价格来销售，比耀皮1平方低2-3元。因为一个季度开一次炉，第一，FTO玻璃一次性采购量价格不一样，第二玻璃运输方式采用陆路运输和海运价格不一样，第三，玻璃生产完后，提货周期价格不一样。未来产能越来越大，价格区间在50多元。FTO玻璃成本（含玻璃+FTO膜+制造+人工等），38-40元，毛利40%左右。

 Q：玻璃成本拆分？

A：一般FTO玻璃用3.2毫米的原片玻璃，一片玻璃的原片20-21元/平方。人工和运营成本，15元/平方左右，原材料成本4-5元/平方。玻璃本身占了50%，人工运营生产制造成本30%多左右，剩下是原材料成本。

 Q：中国玻璃、旗滨、安彩高科等玻璃传统厂商开始介入做TCO玻璃，什么时候能够量产？

A：因为现在中建材做碲化镉的薄膜电池，整个产能在2GW左右，需求很大，FTO玻璃目前由中玻在做，2019年开始研发，在2023年量产。安彩也准备做FTO玻璃，但是市面上没有板样。旗滨是在福建漳州做原片玻璃，在苏州有玻璃深加工厂，在广东河源也有FTO玻璃深加工，因为云南有石英砂的矿品质还不错，他们准备在那主要建设FTO玻璃的产线，现在还没动工。南玻做FTO玻璃，也可以做的出来，但是市场容量不够。信义原来在广东东莞准备做FTO玻璃，后面因为市场原因没有做，转做LOW-E玻璃。

END