光伏银浆产业研究:需求较快增长,国产化如火如荼

一、 光伏银浆概况:光伏电池的重要辅料

1.1 光伏银浆是光伏电池正极金属材料,成本占比较高

光伏银浆属于电子导电浆料的一种。导电浆料主要由导电相、粘结相和液体载体组成,经搅拌、轧制后制成的粘稠膏状物。 由于银是导电性最好的金属,且化学性质稳定,在电子导电浆料中扮演重要作用,目前约 80%电子浆料以银粉为导电相; 而铜尽管导电性和银较为接近,但化学性质活泼,容易在空气和高温下被氧化,从而增大电阻,作为导电浆料综合性能逊于 银浆。

光伏银浆是以高纯银粉为导电相、玻璃氧化物为粘结相,有机载体组成的混合物,经过搅拌、三辊轧制后形成的均匀膏状物。 这种膏状物通过丝网印刷工艺附着在光伏电池片,烘干烧结后形成光伏电池的金属电极,可收集和传导光伏电池表面电流。 目前银金属电极在光伏电池电极占比高达 99.9%。

光伏导电银浆是光伏电池最重要的辅料,直接影响光伏电池光电转换效率。在光伏电池片中,银浆是除硅片外,成本占比第 二的材料,约占光伏电池片成本的 10%。光伏银浆主要有两种分类方法,其中按照银浆在电池片的位置,可分为正面银浆 和背面银浆,目前正面银浆是主导产品;按照银浆烧结形成在基板导电的温度,光伏银浆又可分为高温银浆和低温银浆,目 前高温银浆是主流产品。

1.2 光伏银浆是配方型产品

光伏银浆的上游是银粉、玻璃氧化物和有机载体,其中银粉对光伏银浆的性能影响较大,在形态、一致性要求较高,目前主 要为国外企业垄断;玻璃氧化物和有机载体我国供给则相对宽裕。光伏银浆下游是电池片和电池组件,和光伏行业发展高度 相关,全球光伏行业长期发展前景良好,需求较为强劲,有利于光伏银浆规模的扩大。另一方面,光伏电池技术进步和路线 的变化也要求银浆企业及时做出相应调整。

光伏银浆处于产业链中游,是配方性产品,配方、生产工艺控制以及客户服务直接影响企业竞争力。为了减少原材料价格波 动影响,光伏银浆价格以银价为基础,再结合供需和其他因素综合确定。

二、 未来光伏银浆需求持续增长,单位电池用量逐步减少

2.1 需求持续增长,正面光伏银浆占据主导

随着技术进步,光伏发电成本大幅下降,是可再生能源中成本下降较明显的发电方式。根据 IRNEA(国际再生能源机构), 光伏平准发电成本和安装成本 2020年分别为 0.057美元/千瓦时和 883美元/千瓦,相比 2010年大幅下降 85%和 81%。目 前光伏发电与传统化石能量发电相比已经具备成本优势,进入平价时代。凭借成本以及碳减排优势,光伏发电已经成为了全 球新增发电的主力,根据 IEA(国际能源署),在 2020年新增发电装机容量中,光伏发电位列第一,约占 2020年全球新增 发电装机容量的 39%。

全球光伏发电呈现快速发展态势,2020 年全球光伏累计装机容量 707GW,是 2010 年的 17.6 倍;中国光伏累计装机容量 达到 253.8GW,为 2010 年的 254 倍,位居全球第一。同时中国也成为了全球最大的光伏组件生产国,约占全球光伏组件 产量的 70%。

尽管 2016~2020年期间光伏行业受 2018年中国补贴滑坡以及疫情影响,全球及中国光伏银浆依然保持增长。根据 CPIA(中 国光伏行业协会),中国光伏银浆消耗量由 2016 年的 1585 吨提升到 2020 年的 2467 吨,年复合增速为 11.7%;全球光伏 银浆的消耗量由 2016 年的约2331 吨提高到 2020 年的 2990 吨,年复合增速约6.4%。

分结构看,由于目前以正面银浆需求为主的 P 型光伏电池是主导产品,正面光伏银浆占据绝大部分市场份额,2020年约占 中国光伏银浆需求量的 71.5%,在全球市场亦是如此。中国在光伏电池片和组件的生产中具有领导地位,2020 年分光伏电 池产量 134.8GW,约占全球光伏电池产量的 82.5%,为此,全球光伏银浆的主要市场也主要在中国,2020年中国在全球光 伏银浆消耗量占比高达 82.5%。(报告来源:未来智库)

2.2 N 型光伏银浆迎良机,各类型电池光伏银浆单位使用量有望持续下降

1)N 型光伏电池份额提升,银浆消耗量高于 P 型电池

最终决定光伏电池发电成本是光电转换效率,根据经验公式,电池转换效率提升 1%,成本可下降 7%,因此光伏电池技术 致力于持续提高转换效率。目前光伏电池技术包括了 P 型和 N型电池,其中 P 型中 PERC(发射极钝化和背面接触) 电池 转化效率持续提升,2020 年转换效率提高到 20.8%,发展较为迅速,已成为了目前主流产品,2020 年占光伏电池份额为 85.5%。未来 P 型 PERC 电池转换效率将继续提升,预计到 2025 年将提高到 22.5%,仍将是主要产品之一。

与此同时,N型电池(主要是 TOPCon和异质结(HJT)电池)尽管量产规模较小(2020年市场份额为 3.5%),但未来转 换效率提升空间高于 P 型,随着未来生产成本降低和良率提升,竞争力将不断增强,市场占有率将逐步提高,成为光伏电池 的发展重要发展方向。

技术及产品变化对银浆需求产生重大影响。N型电池是天然的双面电池,光伏银浆消耗量高于 P 型,根据 CPIA,2020年 P 型电池片银浆的消耗量为 107.3mg/片;N 型电池片中 TOPCon(隧穿氧化层钝化接触)电池银浆消耗量为 164.1mg /片, 比 P 型电池片高 53%;而异质结 N型电池(具有本征非晶层的异质结)银浆的消耗量为 223.3mg/片,比 P 型电池片高 108%, 且使用低温银浆。

2)栅线宽度下降助力银浆用量减少

由于银的价格昂贵,银浆在光伏电池成本占比较高,在不影响甚至提高银浆性能的条件下,使用贱金属替代或者减少单位用 量,从而降低成本,成为了光伏电池行业追求的目标。其中贱金属替代如铜浆目前仍处于研究探索阶段,实际应用不多,而 通过印刷栅线变化减少浆料用量则获得较快发展。

光伏银浆作为金属电极包括主栅和细栅,其中前者起到汇流和串联作用,后者用于收集光生载流子。光伏银浆采用丝网印刷 技术,在光伏电池片形成主栅和细栅。在主栅方面,通过增加主栅数量可缩短电池片内电流横向收集路径,减少电池功率损 失,提高电池应力分布的均匀性以降低碎片率,提高导电性。目前光伏电池占比较高的 5主栅产品,未来随着电池片尺寸增 加,9主栅及以上电池片占比将持续提升。细栅方面,在不增加电阻下,减少栅线宽度,在降低遮光损失的同时降低栅线银 浆用量,为此,光伏电池细栅的宽度不断下降。根据 CPIA,2020年我国光伏电池细栅的宽度已降低到约 35.8μm,预计 2030 年将进一步下降为 25.2μm。我们认为,未来光伏主栅和细栅宽度减少将助力单位银浆用量持续下降。

3.3 光伏银浆需求预测

根据以下主要假设,我们对光伏银浆需求作测算,

(1) 2021~2025 年全球及中国光伏新增装机量持续增长。

(2) 2021~2025 年 P 型光伏电池占比下降,而 TOPCon 和异质结电池占比持续提升。

(3) 2021~2025 年随着技术及工艺进步,各种光伏电池片单位银浆的消耗量下降。

(4) 全球光伏电池产品结构和中国基本相近。

我们预计未来随着光伏行业发展,光伏银浆的需求将持续增加,其中全球银浆需求量将由 2020 年的 2990 吨增加至 2025 年的 5607 吨,年复合增速约为 13%,而中国光伏银浆需求量(不包括出口电池银浆消耗量)将从 2020 年的 1109 吨提高 到 2025 年的 1869 吨,年复合增速约为 11%。

三、 国产化如火如荼,N 型光伏银浆国产化提升空间大

3.1 光伏银浆具备一定进入门槛,银粉国产化尚待提高

1)配方和工艺是光伏银浆主要壁垒,具有一定定制化特征

光伏银浆中正面银浆要求高于背面银浆,是目前主导产品。我们以正面银浆为例,对银浆的生产技术进行介绍。正面银浆集 金属材料、无机材料、高分子材料、纳米科学于一身,其制备涉及到低熔点玻璃制备技术、浆料加工技术、流变学、细线印 刷、高温烧结等诸多领域,具有一定的门槛,其中技术难点又主要在配方和生产工艺两个方面。

配方方面,银浆配方任何参数的调整都可能会影响与电池片厂商生产工艺的适配性及电池片的光电转化效率,需要在紧密跟 踪下游技术迭代下,按照不同技术路线、不同客户需求积极调整配方,具有一定定制化特征。正面银浆由银粉、玻璃粉、有 机原料等成分组成,其组成物质的化学价态、品质、含量、形状、微纳米结构等参数均可能对银浆的性能产生影响,正面银 浆的研发和制备对组成物质的要求十分严格。其中,银粉质量的优劣性直接影响到电极材料的体电阻、接触电阻等,选择合 适形态、粒径、稳定性的银粉至关重要;玻璃粉作为银浆中的传输媒介,含量过高会导致银浆导电性能变差,但当含量过低 时银浆则无法渗透入钝化层与硅衬底形成欧姆接触,需通过反复试验寻求最优配方;而有机原料的含量和配比直接关系到银 浆的印刷性能和质量。

生产工艺方面,光伏银浆的生产流程主要包括配料、混合搅拌、研磨、过滤和检测五道工序,其中研磨是核心工序,需要根 据配方对研磨过程的辊筒间隙、辊筒速度、研磨时间等关键参数进行设定。

总体来看,正面银浆的制备过程中,除了对原材料品质、选型要求较高外,浆料的配料方案、制作工艺、量产稳定性需经过 长期的研发攻关、持续优化,以确定适用于不同下游产品的最优配方,从而达到预期的导电和应用效果。

此外,下游客户对正面银浆厂商会进行多维度,长周期的考量认证,也有一定进入门槛。认证过程主要包括供应商初评、样 品检测、产品报价、小批量试用、稳定性检测、批量生产等阶段,认证过程苛刻。从新产品开发到实现大批量供货需要较长 时间。(报告来源:未来智库)

2)银粉技术门槛高,市场由海外公司垄断

光伏银浆成本主要由原材料构成,其中银粉在原材料占比超过 95%。银粉的制备方法种类繁多, 如机械球磨法、蒸发冷凝法、 化学还原法、电化学沉原法等,由于化学还原法工艺和设备简单、原料较容易获得是主要的生产方法之一。

银粉的粒径大小、粒径分布、振实密度、比表面积等性能均会对银粉品质产生重大影响,具有较高的技术门槛。目前全球光 伏银粉的市场集中度高,主要厂商有日本 DOWA 公司(DOWA ELECTRONICS MATERIALS CO.,LTD)、美国 AMES 公司 (Ames Goldsmith Corporation)等,其中 DOWA 公司银粉粒径范围小、表面有机包覆较好、分散性良好、质量稳定,具 有突出的优势,在全球光伏银粉的市占率超过 50%,具有一定垄断地位,是光伏银浆行业的首选银粉供应商。国内光伏银 粉的厂商包括苏州思美特、山东建邦、宁波晶鑫电子材料等,虽然国产银粉产品在某些单项性能和进口银粉不相上下,但是 在品质的一致性和稳定性上仍有一定的差距,暂无法动摇国外厂商的市场主导地位。

3.2 光伏银浆国产化如火如荼,龙头公司崛起

在光伏行业发展早期,由于较高的技术门槛,在 2011 年以前,我国银浆技术一直未有突破,基本上依赖进口。随着我国光 伏行业壮大,并成为全球光伏电池片及组件的主要生产国,光伏银浆国产化进程加速。2013 年前后涌现出了以帝科股份、 苏州晶银、匡宇科技为代表光伏银浆生产企业,挑战杜邦、贺利氏、三星 SDI 和硕禾等海外银浆生产企业的市场地位。近 年来,随着国内光伏银浆产品性能提高、凭借本土化以及成本优势,市场占有率持续提升。其中,背面银浆已基本实现国产 化;国产正面银浆的市场份额由 2015 年约5%提高到 2020 年的 50%。预计未来光伏银浆国产化的趋势仍将延续。

目前我国光伏银浆生产集中度不高,但以聚合股份、帝科股份为代表的公司在市场竞争中脱颖而出,市场及客户的认可度提 升,逐渐确立了领先优势。2020年龙头公司聚合股份、帝科股份、晶银科技分别占全球正面光伏银浆份额的 23%、15%和 7%。我们判断,未来在我国光伏银浆进入性能竞争、新技术追赶的国产化 2.0阶段中,龙头公司有望继续扩大技术、产品、 客户等方面的优势,市场地位提升具有较大潜在空间。

3.3 N 型电池光伏银浆国产化较低,低温银浆门槛较高

未来光伏电池将逐步由 P 型向 N 型电转换,要求光伏银浆企业开发相应的产品。

N 型光伏电池中的 TOPCon 电池使用的背面银浆和目前使用的 P 型电池正面银浆较为类似,现有正面银浆技术可以实现平 移。而 TOPCon正面银浆与现有的 P 型电池正面银浆存在较大差异,主要体现为 TOPCon电池正面银浆的细栅使用的是银 铝浆。尽管 TOPCon 电池正面银浆生产工艺和 P 型电池正面银浆接近,但配方上差别较大,需相关企业加大研发。

N 型光伏电池中的异质结(HJT)电池是在晶硅基片采用薄膜技术制作 PN节、减反射层和导电层的新型电池工艺技术,在 晶体硅上沉淀了非晶硅薄膜。电极的烧结温度控制在 250℃以下,远低于 P 型和 TOPCon电池,否则将伤害电池薄膜结构, 为此,P 型和 TOPCon 电池使用的高温银浆不再适用,需开发全新的低温银浆。

受制市场规模以及技术等因素,我国 N 型光伏银浆发展相对滞后,国产化的程度较低,根据 CPIA,2020 年中国 N 型光伏 银浆的国产化率仅约为 20%,代表性厂商有天盛新能、晶银新材、聚和股份、帝科股份。全球及中国 N 型光伏银浆尤其是 异质结电池银浆目前主要由日本京都 ELEX株式会社(KE,股东包括日本第一工业制药和 DOWA)提供,此外贺利氏、LG、 Namics、汉高也有比较成熟的产品,其中 KE 在低温银浆的市占率超 90%。我们认为,未来随着我国 N型光伏银浆技术的 进步,国产化率将进一步提高,其中 TOPCon 电池银浆有望率先发力,而低温银浆或需要一定时间。


(本文仅供参考,不代表我们的任何投资建议。如需使用相关信息,请参阅报告原文。)

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