En primer lugar, la galvanoplastia de cobre ayuda a reducir costes y aumentar la eficiencia en la metalización de células solares fotovoltaicas.

1.1 Limitado por el alto coste de la pasta de plata, es necesario innovar urgentemente en el proceso de metalización de las células fotovoltaicas

Las células solares fotovoltaicas son los dispositivos más importantes de los sistemas fotovoltaicos para lograr la conversión fotoeléctrica, y su proceso de preparación se divide principalmente en varios eslabones del proceso importantes, como limpieza y texturizado, anudado y anudado por difusión, revestimiento frontal y posterior, impresión de metalización y solidificación. Entre ellos, el enlace de metalización se utiliza principalmente para fabricar el alambre de rejilla del electrodo de la célula solar fotovoltaica y solidifica el electrodo de metal imprimiendo pasta de plata en ambos lados de la célula, de modo que el electrodo y la célula se combinan estrechamente para formar una resistencia óhmica eficiente. contacto para lograr la salida actual.

El enlace de metalización incluye principalmente serigrafía en pasta de plata, serigrafía de cobre recubierta de plata, transferencia láser, galvanoplastia de cobre, impresión por inyección de tinta y otros tipos de procesos, la serigrafía tradicional madura y simple es la ruta principal de tecnología de producción de flujo actual, otros procesos no. todavía ha logrado una industrialización a gran escala.

En la actualidad, el material clave central en el proceso de metalización de células solares es la pasta de plata, que no solo determina directamente la conductividad de la célula, sino también los consumibles centrales, sólo superados por las obleas de silicio en el costo de la célula solar. Con la aceleración de la expansión de las células tipo N, la demanda de plata para células fotovoltaicas crecerá rápidamente.

Según las estadísticas de la Asociación de la Industria Fotovoltaica de China, en 2022, el consumo de plata positiva y plata trasera de las celdas tipo P es de aproximadamente 91 mg/pieza, el consumo promedio de pasta de plata de doble cara (aluminio) (95% plata). de células TOPCon tipo N es de aproximadamente 115 mg/pieza, el consumo de pasta de plata de baja temperatura de doble cara de las células solares HJT es de aproximadamente 127 mg/pieza, y el consumo de pasta de plata de las células solares tipo N aumenta significativamente en comparación con PERC.

En la actualidad, las células solares TOPCon generalmente utilizan pasta de plata de alta temperatura o pasta de aluminio plateado, las células solares HJT debido al alto contenido de hidrógeno de la película de silicio amorfo, la temperatura del proceso de producción se controla por debajo de 250 °C, el uso de más caro Pasta de plata conductora de baja temperatura, la optimización y reducción de costos de la suspensión es especialmente importante para la mejora económica y la industrialización de las baterías tipo N.

La pasta de plata utiliza polvo de plata costoso como sustrato principal, y el suministro actual de polvo de plata depende principalmente de las importaciones extranjeras, y el costo de la pasta de plata se verá afectado por los precios de la plata y las fluctuaciones del tipo de cambio. El gran consumo y el alto costo de la pasta de plata son uno de los puntos débiles que restringen la industrialización de las células solares de tipo N como las HJT, y la industria necesita urgentemente innovar los procesos de metalización para lograr una reducción de costos y un aumento de la eficiencia.

En la actualidad, existen dos direcciones principales para la tecnología de proceso para reducir el consumo de plata: una es reducir la cantidad de pasta de plata de alto precio, como la aplicación de SMBB o 0BB, transferencia láser y otras tecnologías; El segundo es utilizar cobre de metal base en lugar de polvo de plata para reducir la cantidad de polvo de plata, como la aplicación de cobre revestido de plata, cobre galvanizado y otras tecnologías.

Según la asociación de la industria fotovoltaica, el electrodo metálico de las células de heterounión todavía está dominado por los electrodos de plata, y la cuota de mercado de los electrodos de pasta de plata de baja temperatura alcanzará el 98,2% en 2022, y algunas empresas e instituciones de investigación están desarrollando activamente tecnologías de electrodos que reemplace la plata, como el cobre metálico base, incluida la pasta de cobre revestida de plata combinada con tecnología de serigrafía y tecnología de galvanoplastia de cobre. Recientemente, en el contexto de la innovación continua en el proceso de metalización de células solares, se ha acelerado el desarrollo del proceso de galvanoplastia de cobre como una tecnología completamente libre de plata.

1.2 El cobre galvanizado ayuda a las células fotovoltaicas a reducir costos y aumentar la eficiencia, con importantes ventajas de desarrollo

El revestimiento de cobre es un proceso de preparación de electrodos de cobre sin contacto que se espera que ayude a las células fotovoltaicas a lograr una completa ausencia de plata. La tecnología de galvanoplastia de cobre está madura en placas de circuito impreso, PCB y otras industrias, y también se puede utilizar en el proceso de metalización de células de silicio cristalino, cuyo principio es depositar cobre metálico en la superficie del metal base mediante electrólisis para formar una rejilla de cobre. cables, y luego como electrodo para recoger los portadores generados por el efecto fotovoltaico.

En comparación con la serigrafía con pasta de plata, el proceso de revestimiento de cobre tiene un menor costo de pasta de plata, mejor conductividad, mejor plasticidad y aspecto.relación, que se espera que reemplace la tecnología de serigrafía con alto contenido de plata, mejore aún más la eficiencia de las células solares y reduzca el costo de la pasta de plata, y ayude a las células solares HJT y XBC a reducir costos, aumentar la eficiencia y el desarrollo de escala.

(1) Reducción de costos de las ventajas del revestimiento de cobre: menor costo de pasta de plata que la serigrafía con pasta de plata. Al 5 de septiembre, el precio de cierre al contado de la plata en la Bolsa de Oro de Shanghai era de 5814 yuanes/kg (Wind), la pasta de plata frontal era de 6391 yuanes/kg (Baichuan Yingfu), mientras que el precio promedio de mercado del cobre electrolítico 1# Era de sólo 69,83 yuanes/kg (Baichuan Yingfu), y el precio del cobre era sólo alrededor del 1% del de la pasta de plata.

La tecnología de revestimiento de cobre elimina la necesidad de costosas materias primas de plata y utiliza cobre puro de bajo costo en lugar de electrodos, lo que reduce en gran medida el costo de las materias primas para lograr un producto libre de plata. Además, los equipos de cobre galvanizado se pueden aplicar a HJT, XBC, Topcon y otras tecnologías, y pueden completar el revestimiento de doble cara en la parte delantera y trasera de la célula solar al mismo tiempo, con un amplio espacio de reducción de costos y potencial de aplicación.

(2) Sinergia de las ventajas del revestimiento de cobre:

(1) La conductividad del electrodo de cobre es mejor que la del alambre de rejilla de plata y las características de contacto con la capa de TCO son mejores, lo que promueve la mejora de la eficiencia de conversión de la celda.

R. La resistividad del metal afecta la pérdida de potencia y la conductividad del electrodo, y el cobre puro tiene una resistividad menor. La pasta de plata de baja temperatura de heterounión se compone principalmente de polvo de plata, resina orgánica y otros materiales, y parte de la materia orgánica no es conductora después de curar la suspensión, por lo que la resistividad de la pasta de plata de baja temperatura es mayor y la pérdida de potencia del electrodo. es largo.

Al mismo tiempo, debido a que la temperatura de sinterización de la pasta de plata a baja temperatura no excede los 250 °C, la unión entre las partículas de Ag en la suspensión no es estrecha y hay más huecos, lo que resulta en un aumento de la resistencia de la línea y la aumento de la resistencia en serie. El alambre de rejilla chapado en cobre utiliza cobre puro, su resistividad es cercana a la plata pura pero significativamente menor que la de la pasta de plata a baja temperatura, y su estructura de electrodo es densa y uniforme, no hay ningún vacío obvio, lo que puede lograr una resistividad de línea más baja. reduce la pérdida óhmica del electrodo de la célula solar y mejora el rendimiento eléctrico.

B. Las características de contacto del metal y la capa de TCO afectan la colección de portadores, las características de adhesión y las propiedades eléctricas de las células solares de heterounión, y los electrodos galvanizados de cobre tienen más ventajas. Hay muchos agujeros en el contacto entre la pasta de plata y la película conductora transparente de TCO, lo que resulta en un aumento de la resistencia de contacto entre el metal y el semiconductor y una disminución de la adhesión del electrodo, lo que afecta el transporte del portador.

El electrodo de cobre es fácil de adherir estrechamente a la película conductora transparente sin agujeros obvios, de modo que la resistencia de contacto es pequeña, lo que puede mejorar la probabilidad de acumulación del portador.

(2) El electrodo de cobre tiene un ancho de línea ultrafino, una mejor relación entre altura y ancho y mejor plasticidad, lo que promueve la mejora de la eficiencia de conversión de la celda. El ancho del alambre de rejilla plateada para serigrafía en pasta de plata es generalmente de aproximadamente 30 a 40 μm, mientras que el ancho de la rejilla de cobre recubierta de cobre es de aproximadamente 15 a 20 μm.

En el proceso de galvanoplastia, la deposición de metal de cobre se limita a la máscara, el equipo gráfico puede diseñar un ancho de línea de electrodo más delgado, el electrodo tiene una mejor relación de aspecto después de quitar la máscara y tiene una forma rectangular, lo que puede Maximizar la red y reducir la pérdida de sombreado, sumado a la disminución de la resistividad del cobre, puede mejorar significativamente la generación y recolección de portadores fotogenerados y promover la eficiencia de la celda en un 0,3% -0,5%.

En la actualidad, el proceso de galvanoplastia de cobre todavía enfrenta ciertas dificultades de producción en masa y se espera que se optimice y mejore mediante tecnología, procesos, equipos, materiales y otras medidas. Las dificultades específicas de la producción en masa incluyen:

(1) En comparación con la serigrafía tradicional, el proceso de galvanoplastia de cobre es más largo, propenso a desmallarse, oxidarse, etc., y existen dificultades en el costo del proceso del equipo y el control del rendimiento, y la tecnología de producción en masa a gran escala debe mejorarse. madurado.

(2) El proceso de galvanoplastia retendrá diversos metales pesados y líquidos residuales, y el costo del tratamiento de protección ambiental es alto. Posteriormente, se espera que la industria optimice y mejore la tecnología, los procesos, los equipos, los materiales y los componentes de las células solares a través de la colaboración ascendente y descendente, y acelere el progreso de la verificación y la producción en masa.

En segundo lugar, el proceso se centra en los gráficos y la galvanoplastia, y la ruta técnica aún no se ha finalizado.

2.1 Proceso de recubrimiento de cobre: capa de semilladeposición - modelado - galvanoplastia - postratamiento

El proceso de galvanoplastia de cobre fotovoltaico incluye principalmente la deposición de la capa de semillas, gráficos, galvanoplastia y posprocesamiento de cuatro enlaces principales. Las rutas técnicas actuales de cada enlace son diferentes, una variedad de esquemas de proceso combinados paralelos, necesitan un rendimiento integral y un costo para elegir el proceso apropiado. ruta.

(1) deposición de la capa de semilla: la superficie de la celda de heterounión se deposita con una película conductora transparente (TCO) como capa conductora, capa antirreflectante, debido a la mala adhesión del cobre en la capa de TCO, el contacto físico entre el dos, la adhesión es principalmente la fuerza de Van der Waals, el electrodo se cae fácilmente, generalmente es necesario usar equipo PVD para depositar la capa de semilla (100 nm) en la capa de TCO antes de la galvanoplastia para mejorar el contacto del electrodo y los problemas de adhesión.

(2) Gráfico: dado que el revestimiento de cobre en TCO no es selectivo, es necesario formar una máscara gráfica para mostrar el patrón de líneas del área de revestimiento de cobre y dividir las partes conductoras y no conductoras.

En el proceso de modelado, la capa adhesiva fotosensible se cubre en la superficie de la célula solar HJT, y el material fotosensible posicional que no necesita revestimiento de cobre se modifica mediante iluminación selectiva, mientras que el material fotosensible posicional que necesita revestimiento de cobre permanece sin cambios.

En la etapa de desarrollo, el material fotosensible que no ha sufrido una reacción de modificación en el área del revestimiento de cobre se eliminará para formar una máscara estampada, y el cobre se depositará sobre la capa de semillas expuesta en el área del patrón de la línea y será conductor durante recubrimiento posterior, mientras que la deposición de cobre no ocurrirá en otros lugares, logrando un recubrimiento selectivo.

(3) Galvanoplastia: la célula solar (cátodo) que se va a galvanizar se sumerge en la solución de sulfato de cobre (ánodo) del equipo de galvanoplastia, la electrólisis se lleva a cabo mediante electricidad y el ion de cobre (catión Cu2+) se reduce y el cobre se depositado en cobre en el área de la línea que necesita ser revestida para formar un electrodo de cobre selectivo.

(4) Postratamiento: galvanoplastia con estaño o uso de oxidante anti-cobre para hacer una capa protectora, se pueden aplicar grabado húmedo, grabado con láser, grabado con plasma y otros procesos para despegar la máscara, grabar la capa de semilla restante y hacer tratamiento superficial, y finalmente obtener un electrodo de cobre con excelente conformación y buena selectividad.

2.2 Preparación de la capa de semillas: involucra principalmente equipos PVD

Los métodos de preparación de la capa de semillas incluyen deposición física de vapor PVD, deposición química de vapor CVD, pulverización, impresión, etc., entre los cuales el equipo PVD es la corriente principal. El cobre metálico con buena eficiencia económica se utiliza a menudo en la preparación de la capa semilla y, con el aumento de la demanda de estabilidad del circuito, también se están evaluando algunos materiales de aleación de cobre que pueden mejorar la estabilidad del alambre de cobre.

Las diferencias técnicas en este vínculo radican principalmente en si se debe preparar la capa de semillas, si se debe preparar toda la superficie o la capa de semillas local, y la elección del metal en la capa de semillas.

2.3 Enlace gráfico: involucra principalmente máquina de exposición, revelador y equipo láser.

El proceso modelado de galvanoplastia de cobre incluye principalmente varios pasos: enmascaramiento, exposición y revelado. Entre ellos, el enlace de máscara consiste en recubrir el material fotosensible antigrabado en la superficie de la célula solar para cubrir y proteger el área que no necesita ser revestida, y los materiales fotosensibles incluyen principalmente tinta de película húmeda, materiales de película seca, etc.

Los enlaces de exposición y desarrollo son para transferir el patrón al material fotosensible, y las principales tecnologías son la litografía de escritura directa con láser LDI (no se requiere máscara), la tecnología de litografía de máscara convencional, el ranurado por láser, la impresión por inyección de tinta, etc.; Entre ellos, el potencial de aplicación de la tecnología de litografía de escritura directa con láser LDI sin enmascaramiento es grande, y el ranurado por láser se ha producido en masa y se ha aplicado en baterías BC, y se espera que la ruta técnica gráfica general se aclare y finalice gradualmente.

En la actualidad, el diseño del proceso de gráficos de cobre galvanizado fotovoltaico ha realizado el envío de equipos de litografía de escritura directa LDI de cobre galvanizado y equipos de litografía de proximidad/contacto.

La tecnología de litografía se refiere al uso de principios de reacción óptico-químicos y métodos de grabado químico y físico para transferir la estructura micrográfica diseñada a la superficie de sustratos como obleas, sustratos de vidrio y laminados revestidos de cobre cubiertos con materiales fotosensibles.

El equipo de litografía es un equipo clave para la fabricación de micronano. En el campo de los semiconductores pan, según se utilice la versión de máscara, la tecnología de litografía se divide principalmente en litografía de escritura directa y litografía de máscara, de las cuales la litografía de máscara se puede dividir aún más. enlitografía de proximidad/contacto y litografía de proyección.

La litografía de máscara es un haz de luz emitido por una fuente de luz, reflejado en un material fotosensible mediante una versión de máscara, que se puede dividir en litografía de proximidad, de contacto y de proyección. Entre ellas, la litografía de proyección es más avanzada y permite obtener imágenes a menor escala utilizando una placa de máscara del mismo tamaño, lo que da como resultado imágenes más finas.

La litografía de escritura directa, también conocida como litografía sin máscara, se refiere a que la computadora convierte el patrón de diseño del circuito en datos gráficos reconocibles por la máquina, y el modulador de haz controlado por computadora realiza la visualización en tiempo real del patrón y luego enfoca el haz gráfico en la superficie del sustrato recubierta con materiales fotosensibles a través del sistema de imágenes ópticas, y escanea y expone directamente.

La litografía de escritura directa no solo tiene las características técnicas de la litografía de proyección, como tecnología de imágenes de proyección, tecnología de doble mesa, exposición de escaneo escalonado, etc., sino que también tiene las características técnicas de alta flexibilidad, bajo costo y acortamiento del flujo de proceso que la litografía de proyección. no tiene.

La tecnología de litografía de escritura directa micromontada es una tecnología de escritura directa que utiliza escaneo de superficie dinámico en tiempo real de alta velocidad, utilizando un láser ultravioleta de alta potencia o una fuente de luz LED, que se ilumina en el dispositivo de microespejo digital y genera gráficos dinámicos en tiempo real a través de los datos. enlace y luego proyectar directamente sobre el sustrato cubierto con materiales fotosensibles a través de la lente de exposición de proyección de alta precisión y baja distorsión para formar patrones de exposición de manera eficiente en tiempo real.

2.4 Enlace de galvanoplastia: máquina de galvanoplastia del equipo principal

El proceso de galvanoplastia incluye principalmente galvanoplastia vertical, galvanoplastia horizontal, galvanoplastia enchufable, etc., de los cuales la galvanoplastia vertical incluye principalmente galvanoplastia de elevación vertical y galvanoplastia continua vertical, y el valor actual de los equipos de galvanoplastia es de aproximadamente 40-50 millones de yuanes / GW.

En la actualidad, una variedad de rutas técnicas son paralelas, cómo mejorar la capacidad de galvanoplastia y el rendimiento de calidad, reducir la tasa de fragmentación será la dirección de la máquina de galvanoplastia de células solares para mejorar y mejorar, con la optimización del proceso de galvanoplastia, se espera que la tecnología de galvanoplastia de cobre aclarar gradualmente la selección de tecnología en 2024.

Revestimiento vertical: revestimiento en bastidor, el dispositivo sujeta la célula solar que se va a revestir verticalmente en el tanque de galvanoplastia para galvanoplastia. La capacidad de producción de revestimiento continuo vertical ha aumentado en comparación con el revestimiento de elevación vertical.

Revestimiento enchufable: la célula solar que se va a revestir se coloca sobre un soporte conductor catódico y se inserta hacia abajo de modo que se coloque una unidad de soporte conductor entre dos conjuntos de placas de ánodo adyacentes para el revestimiento.

Según la patente de invención "Un dispositivo de galvanoplastia de electrodos de cobre de células solares enchufables y su método" obtenida por Robotec, CN115613106A, el equipo puede lograr un revestimiento de doble cara, una sola línea puede lograr 14000 piezas enteras/hora, la tasa de fragmentación es <0,02%, lo que mejora la capacidad y la calidad del revestimiento del dispositivo, reduce la tasa de defectos, tiene una estructura razonable y ocupa poco espacio.

Además, en abril de este año, Robotec solicitó una patente de modelo de utilidad (número de anuncio de autorización CN219342367U, fecha de anuncio de autorización 2023.07.14) para "un dispositivo de revestimiento de electrodos de electrodo de cobre de células solares multicanal", colocando la celda en el conductor. unidad de soporte, mover la cesta conductora del cátodo para hacer que la unidad de soporte conductora se mueva entre los componentes de la placa de ánodo de múltiples unidades de ánodo para lograr la galvanoplastia; El dispositivo de galvanoplastia de este modelo de utilidad tiene una capacidad de hasta 24.000 piezas enteras/hora, lo que tiene una mejor uniformidad del revestimiento, mejora la calidad del revestimiento y reduce el riesgo de fragmentación.

En tercer lugar, se espera que el cobre galvanizado acelere la prueba piloto e introduzca gradualmente la producción en masa, y se abrirá aún más el espacio del mercado.

3.1 Se espera que el cobre galvanizado acelere las pruebas piloto e introduzca gradualmente la producción en masa, y la tecnología sin plata acelerará la industrialización de las baterías HJT y XBC.

En la actualidad, la tecnología TOPCon ha establecido gradualmente la posición principal de expansión de módulos de células fotovoltaicas con una economía y un rendimiento de costos superiores; Se espera que haya una capacidad de producción a gran escala en el cuarto trimestre de este año, y se espera que el envío anual alcance 100-150GW, y se espera que el uso posterior de Poly bifacial, TBC y otras tecnologías fortalezca la ventaja competitiva.

La celda solar HJT se encuentra en el período crítico de reducción de costos y mejora de la eficiencia e introducción en el mercado, con la aplicación e introducción de cobre revestido de plata microcristalino de doble cara.pasta, tecnología 0BB, película de conversión UV y otros productos, el proceso de industrialización se ha acelerado y la escala de licitación de las empresas estatales centrales HJT se ha ampliado recientemente; En el futuro, mediante la galvanoplastia de películas laminadas con bajo contenido de indio y sin plata de cobre y otras tecnologías, se espera promover aún más la tecnología HJT para reducir costos y aumentar la eficiencia.

Recientemente, LONGi ha tomado claramente las células solares BC como la principal ruta técnica de la compañía en el futuro, de las cuales HPBC, TBC, HBC tienen sus propias ventajas, algunas empresas promueven principalmente la ruta de la tecnología ABC sin plata, varias empresas principales de módulos de células solares han presentado la tecnología BC, con la expansión de la producción de celdas XBC en el futuro, se espera que el proceso de galvanoplastia de cobre sin plata acelere la introducción de la producción.

En la actualidad, se espera que el costo sin silicio de las células solares PERC, TOPCon y HJT que utilizan el proceso de serigrafía con pasta de plata convencional sea de aproximadamente 0,14, 0,17 y 0,28 yuanes/W, respectivamente, y el costo sin silicio de las células solares HJT es significativamente mayor que el de las baterías TOPCon y PERC.

Entre ellos, en comparación con la tecnología TOPCon, la tecnología HJT tiene una gran brecha con ella en términos de depreciación del equipo, y el costo de la pasta de plata por vatio es casi 2 veces mayor que el de TOPCon. El costo de la pasta de plata para células solares HJT representa aproximadamente el 40% de su costo sin silicio, lo que afecta en gran medida la economía de los productos HJT, y la demanda de reducción del consumo de plata es más urgente.

Se espera que la reducción de plata mediante 0BB/NBB, cobre revestido de plata, cobre galvanizado y otros procesos ayude a resolver el problema del alto costo sin silicio de las células solares de tipo N como las HJT.

En la actualidad, el coste de metalización de las células solares HJT que utilizan la serigrafía tradicional en plata esterlina es de aproximadamente 0,14 yuanes/W; Entre los diversos tipos de tecnologías de reducción de plata, la verificación piloto y la introducción de la producción en masa de cobre revestido de plata y la tecnología 0BB/NBB son rápidas, y se estima que el costo de metalización de las células solares HJT en la aplicación superpuesta de las dos tecnologías ( la plata pura total representa alrededor del 50%) es de aproximadamente 0,08 yuanes/W, de los cuales el consumo de plata es de aproximadamente 9-10 mg/W, lo que se convertirá en una vía de reducción de costos de metalización que podrá producirse en masa en el corto plazo;

Se estima que el costo sin silicio de las células solares HJT aplicadas en la etapa piloto en el corto plazo es de aproximadamente 0,11 yuanes/W, que es más económico que la serigrafía con pasta de plata, y la economía aún necesita mejorar en comparación con la plata. -Cobre revestido con tecnología +0BB.

En la tecnología 0BB (sin puerta principal), la puerta principal se elimina en el enlace de la celda y la corriente se deriva conectando la tira de soldadura a la puerta secundaria, lo que puede reducir el consumo de pasta de plata en aproximadamente un 30.