国际光伏技术路线图2012版 (材料部分)

在过去的两年里，高纯多晶硅的价格主要取决于市场趋势。从2010年开始，多晶硅的价格从67$/kg下降到2011年上半年的50$/kg，并进一步下降至2012年2月的30$/kg。价格的大幅下降说明多晶硅的价格正在接近制造成本，而利润率也随之降低。2011年，多晶硅制造商的制造成本低于30 $/kg。西门子法的制造成本已经可以降至19$/kg。只有标准多晶硅制造的不断进步和其它技术的发展才能使多晶硅的价格进一步下降，而质量又可以同时满足SEMI标准SEMI PV 17-0611和SEMI PV 22-1011。未来能够进一步降低多晶硅和硅片成本的关键在于耗材，如坩埚、石墨部件、浆料和线锯。我们预计这些耗材的价格将会趋近于成本，同时价格可能每年降低约7%。切片工艺成本下降的一大进步将是宝石线锯技术的引入。图1是预计的量产份额。该技术也需要电池工艺的同步发展。
 

 

电池工艺

电池工艺中最贵的材料是硅片。多晶硅的大量供应导致了硅片价格的急剧下跌，并降低了进一步减薄硅片的压力。图2讨论了硅片厚度的发展趋势。减少硅片厚度将降低硅材料的成本。图2也展示了量产中预期的最薄硅片趋势。与第一版路线图相比，硅片厚度下降的趋势延迟了2年。标准尺寸的硅片(156x156mm)将一直延续至2020年，更大的硅片(210x210mm)有可能最早出现在2017年。从切片技术来看，100μm硅片的切片将成为可能。但良率的损失迄今为止还不能接受。
 

 

硅片厚度的下降有以下的影响：
1. 减少多晶硅的用量将降低成本
2. 为了降低碎片率需要对更薄硅片的处理技术进行创新
3. 需要新的能够在薄硅片上获得更高转换效率的技术
4. 需要适用于薄硅片的新的互连和封装技术
 

除了硅片以为，金属浆料是电池制造中最关键和最昂贵的材料。在工业中，含铅的浆料能够获得最好的结果。电池制造商要求用无铅产品替代已有浆料，但是这必须保证电池性能不受损害。最新版的ITRPV预计第一批高效无铅的浆料将会在2012年中期出现，以便使无铅电池和组件在2013年实现产业化。市场仍未出现满足该需求的产品。如果2012/13年仍未出现有竞争力的无铅产品，那么将有可能损失市场份额。银和铝浆料是电池制造工艺的主要驱动力。因此需要首先减少浆料的消耗。图3是我们对于156x156 mm²电池银浆使用量减少的预期。其次银浆需要在2015年被大范围的取代。铜将会是替代者。在替代金属技术被引入之前，可靠性和粘合性问题需要解决。同时还要有相关的合适的设备。

 
组件

通过观察组件成本的构成可以得知，耗材和材料是改善性能和降低价格的主要因素。如图4所示，从2013年开始在主流制造中引入抗反射玻璃，将使玻璃-空气界面正面的反射率降低4%到2%。玻璃和封装材料的吸收率需要降低以使电池到组件的功率损失最小化。这对蓝光来说是必要的，因为电池对光谱中该部分的反应已经得到改善。

如图5所示，我们认为玻璃厚度的降低是一个潜在的成本降低因素。玻璃的热硬化看来是厚度降至2.8mm时实现所要求的温度稳定性和硬度的一种方法。只有非硬化和化学硬化的玻璃才能在厚度小于2.8mm时使用。化学硬化必须在有液态融化盐的容器中进行。因此厚度小于2.8mm被认为过于困难和昂贵。即使是厚度小于3mm，电池也必须变得更薄（< 80μm）以便使柔性足够满足弯曲的需求而不碎片。必须引入能够承受机械负荷的稳定性因素或新的背面外壳材料。因此，玻璃厚度的减薄成为了一项挑战。

玻璃和背板箔是组件建筑的主要成本驱动力，除了玻璃和背板外，其它的耗材，如边框、密封剂、互连以及接线盒对成本分布也有着同样的贡献。因此所有的材料对于组件制造成本的下降有着一样的贡献。图6是密封剂和背板箔用量减少的发展趋势。该优化将增加产品的转换效率。
 

铜是未来几年的主要互连材料。接线盒是组件的电接口。接线盒安装在组件背部预计仍将使用硅胶。组件中用到的所有材料都将对光伏装机的可靠性做出贡献。可靠性考量在制定新标准和指导方针时将变得更加重要。