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受益晶硅电池,核心工序丝网印刷设备产能提升

五度易链 2019-05-14 1822 0

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在光伏电池不断发展的今天,光伏电池的相关技术也在不断推进,进而对现在的产品产能起到促进作用。丝网印刷工艺作为现在光伏电池生产过程中的中心流程。光伏电池的生产通过把硅片制成能够完成“光生伏特”的光伏电池,在产品下游应用端的产品性能和成本的关键指标中影响很大。

在光伏电池不断发展的今天,光伏电池的相关技术也在不断推进,进而对现在的产品产能起到促进作用。丝网印刷工艺作为现在光伏电池生产过程中的中心流程。光伏电池的生产通过把硅片制成能够完成“光生伏特”的光伏电池,在产品下游应用端的产品性能和成本的关键指标中影响很大。

1.丝网印刷工序是晶硅电池片制造过程的管控核心

我们能够将光伏电池片的生产过程分为两个工序环节:1)前序工序,主要是硅片的工艺处理环节;2)后序工序,是硅片的制成电池片环节,工艺流程包括栅线印刷、烧结和测试分选等,其中栅线印刷的主要工艺处理方法就是丝网印刷。丝网印刷是电池片生产过程中的工艺管控核心,汇集了整个电池片生产线约一半的工艺人员。一般来说,整个电池片生产工艺的提升和验证,都从丝网印刷环节开始,可见丝网印刷工序在电池片生产过程中的重要性。丝网印刷工艺的核心设备为丝网印刷机,配套设备包括:自动上片机、红外线干燥炉、自动缓存机、自动翻片机、自动冷却机等。

丝网印刷设备的竞争力主要体现在两个方面:印刷质量和印刷速率,具体如下:

1)印刷质量方面:关键在于印刷精度的提升,标志性突破为实现二次印刷。如前文所述,光伏组件的转换效率提升是光伏系统建设成本下降的关键因素。在丝网印刷环节中,所印刷的电极栅线(光辐射面)宽度越细,则硅片接收光辐射的面积就越大,光生电流就越多,电池片的光电转换效率也就越高;同时,为消除栅线变细后带来导通性降低的问题,则需要相应增高电极栅线的高度,从而降低栅线电阻率。传统丝网印刷工艺在印刷栅线高度方面存在局限性,主要受到浆料流变性和丝网网版膜较厚等因素的制约;二次印刷技术则通过在第一层浆料的基础上,在相同位置进行第二次印刷,从而实现栅线高宽比的合理最大化,提升电池片的光电转换效率。二次印刷工艺对印刷精度的要求较高,两次叠印的偏移度需要控制在1μm 以内,需要实现硅片和印刷头的精准定位。除印刷精度外,印刷质量还体现在碎片率、均匀度等指标。印刷碎片率主要指由于硅片厚度差异等原因可能造成印刷压力不稳定,从而造成爆网、硅片碎裂等现象;印刷均匀度主要指栅线印刷的均匀度,与印刷压力、速度等的控制均紧密相关,均匀度高的印刷栅线导通性较好,相应电池转换效率也更高。

2)印刷速率方面:指单位时间内电池印刷出片的速率,高印刷速率能够降低光伏电池产能的单位投资。这里值得一提的是双头双轨丝网印刷设备,该类设备利用诸如“错位布局”、“背靠背”等方式将两条印刷线有机结合,配以双通道丝网印刷机,实现两条印刷线空间布局“合二为一”、生产过程“互不干扰”的效果,双线较单线占地面积无明显增加,极大释放了生产车间的空间面积,降低单位产能的用地成本;同时,两条印刷线的机架和部分电器部件可以共用,能够进一步降低印刷设备的用料成本,是高效集成控制实现生产效率提升的典型体现。

国际上主流的光伏电池丝网印刷设备提供商有Applied Materials 旗下的Baccini公司、德国ASYS 公司和英国DEK 公司;国内设备厂商虽然起步较晚,但目前在技术上也不断趋于成熟,主要厂商包括迈为股份、东莞科隆威。经过多年工艺积累和技术追赶,目前国产丝网印刷设备在印刷速率、印刷精度、碎片率等指标方面已经达到甚至超越以Baccini为代表的海外厂商,例如:迈为股份主营产品的印刷速率已能够达到单轨2,750 片/小时,双轨5,500 片/小时,印刷精度达到±5μm 3σ,碎片率小于0.1%;而海外供应商以Baccini为代表,新产品的印刷速率为双轨5,000 片/小时,印刷精度达到±6.25μm 3σ,碎片率小于0.2%,加之国产丝网印刷设备的价格较国外厂商产品低10-20%,国产丝网印刷设备的竞争力可见一斑。

据2018年上半年数据,国产迈为股份丝网印刷设备在国内增量市场的份额(按订单)已达到90%,基本完成在国内市场的进口替代。目前,迈为等国产厂家正进一步对印度、越南、泰国、马来西亚等新兴光伏市场进行设备出口。

2. 2019 年丝网印刷设备需求保持旺盛

随着光伏行业电站投资单位成本的不断下降,光伏电站新增装机容量进一步得到释放,向上拉动组件、电池片产能的持续扩张。尤其是近年来,由于硅片、电池工艺的进一步升级带来成本下降和效率提升,单晶电池从中受益更为显著,加之高效组件在光伏电站投资收益方面优势的不断凸显,单晶电池取代多晶电池成为市场主流的趋势越来越明显。

在上述趋势的推动下,光伏电池生产厂商纷纷开始了新一轮产能的迭代更新。特别是国内电池厂商,由于生产技术和成本优势的进一步凸显,全球新增光伏电池产能开始加速向国内集中。我们统计2018-2019 年国内主要电池片生产厂商的扩产计划,扩产总量约为34.6GW/年。根据调研情况,我们估计上述扩产产能约占国内扩产总量的85%,2018-2019 年国内电池片扩产增量约为41GW/年,约占全球扩产规模的74%。

作为光伏电池制造的核心环节之一,丝网印刷环节的设备需求相应受到拉动。一方面,由于2018-2019 年光伏电池产能的新一轮扩张,新建电池产能必然对丝网印刷线产生大量需求;另一方面,考虑到光伏丝网印刷线的平均寿命在5-7 年左右,随着光伏行业生产技术的高速发展,部分早年投入生产的丝网印刷线都面临更新换代。据此,我们对丝网印刷设备的市场规模初步进行估计,可以看到2018-2019 是光伏电池丝网印刷设备的需求高峰,利好设备供应商业绩的释放。

丝网印刷作为光伏电池制造的重要环节,会因为光伏电池的市场发生变化而发生变化。首先是因为现在的电池产能的扩张将会对丝线印刷线产生影响。然后是基于现在的光伏电池的寿命期在5-7年左右,这就意味着早期已经在应用的光伏电池需要进行更换,这也会带来新的市场需求。根据现在的市场规模发展,2018-2019 是光伏电池丝网印刷设备的高需求期。


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