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光伏系列:钙钛矿 靶材
Wind
一路向北的小韭菜
2023-02-16 13:28:09
1、靶材在钙钛矿各膜层中应用广泛


靶材分别用于真空蒸镀设备和磁控溅射、RPD等设备(本文将蒸发材料和溅射靶材统称为靶材)。蒸发材料用于真空蒸镀设备,通过加热蒸发靶材使其沉积在基底表面形成薄膜;溅射靶材用于磁控溅射、RPD等设备,通过高速荷能粒子轰击靶材在基底表面形成薄膜。目前钙钛矿主要使用4层靶材:

Ø 三层功能层需使用相应靶材。反式钙钛矿结构中,TCO背电极、电子传输层及空穴传输层均需要使用靶材。考虑后续钝化层的引入以及钙钛矿层镀膜工艺转向干法,可能还会增加额外靶材需求。

Ø TCO导电玻璃制备会使用靶材。TCO导电玻璃通常作为钙钛矿基板衬底,TCO导电玻璃一般采用化学气相沉积和磁控溅射的方法制备。


2、靶材在钙钛矿成本中占比高


目前靶材占比超过35%。靶材在钙钛矿各功能层中应用广泛,按照目前头部企业中试线情况测算,钙钛矿单瓦总成本约2元/W,其中靶材占比35%,价值量排序为:TCO背电极>TCO玻璃导电层>电子传输层材料≈空穴传输层材料。


以目前中试线2元/W成本为基准,远期钙钛矿极限成本有望降至0.6元/W上下,后续降本手段主要围绕几个方向:


Ø 效率提升:效率提升单位面积组件功率,带动单瓦成本下降。目前头部企业中试线效率约14-15%,远期极限效率有望提升至25%,有效摊薄各项成本;


Ø 产能利用率提升:目前中试线以实验性生产为主,产能闲置率较高。后续中试线跑通后,产能利用率提升,将有效降低设备折旧、人工等成本;


Ø 良率提升:组件工艺、材料配方体系等尚未定型,实验性生产中,整体良率较低。后续GW产线中,工艺及材料配方确定,良率目标约95%+;


Ø 规模化设备降本:当前百兆瓦产线设备投资额在1.2亿左右。后续GW产线中,可以通过扩大单台设备腔体等方式,实现产能提升,预计GW产线设备台数约为百兆瓦产线7倍,GW设备投资额约8亿左右。同时,考虑到目前设备定制化程度及进口比例较高,后续仍有较大降本空间,预计远期极限投资额约5亿上下;


Ø 材料降本:工艺及材料路线尚未定型,在提升效率阶段,性能优异的高价材料使用广泛。随着后续工艺路线明确,材料降本可能成为厂商的重点方向。同时,目前钙钛矿产业对于上游材料需求量小,议价能力较弱,后续大规模量产拉动材料需求,可能为厂商带来更多议价空间。


未来靶材更迭降本后仍会维持较高占比。靶材目前在钙钛矿成本中占比高,针对靶材的降本也会成为未来钙钛矿产业重点攻关方向之一。尤其是对于目前单一占最高的TCO背电极(ITO)来说,其替代方案是目前产业界具有共识的降本手段,如AZO、碳电极替代等。根据我们估算,在极限成本下,考虑AZO替换ITO,靶材(AZO、TCO玻璃导电层及电子/空穴传输层)成本有望降低到25%左右。如果钙钛矿产业发展成功,将给靶材行业带来大增量需求,钙钛矿行业规模达到100GW时,预计靶材对应市场规模有望超过150亿。

 3、高质量靶材对钙钛矿制备至关重要


靶材的纯度和质量直接影响膜层质量。靶材的纯度一般在4N-6N,其纯度和质量直接决定了钙钛矿膜层的导电性和透光率等性能,进而影响组件成本和效率。靶材的关键指标包括纯度、密度、粒径及分布、结晶取向和结构均匀性,具体如下:


Ø 纯度:气孔夹杂和杂质元素是主要污染源,气孔会影响薄膜质量,杂质元素会影响薄膜纯度。光伏靶材纯度一般为4N-6N。


Ø 密度:靶材密度越高,孔隙越少,薄膜性能越高;密度越高,可以更好承受镀膜过程中的热应力;


Ø 晶体粒径及分布:溅射靶是多晶结构,晶粒越小,溅射速度越快;晶粒粒径差异越小,薄膜厚度均匀度越高;


Ø 结晶取向:靶材原子易沿密排方向发生溅射,可以改变靶材结晶结构来增加溅射速率;


Ø 结构均匀度:结构均匀度:靶材沿溅射平面方向和法向方向的成分、晶粒取向和平均晶粒度均匀性都应保持一致。


溅射靶材还考验工艺控制。蒸镀材料控制纯度在4N级别以上即可,而溅射靶材在满足纯度要求(>4N)的基础上,需控制成型与烧结工艺。溅射靶材的成型工艺分为干法成型工艺和湿法成型工艺,当前已有国产厂商采用“模压成型+冷等静压工艺”的干法成型工艺实现高质量靶材的制备。溅射靶材的烧结工艺主要包括热压法、热等压法、常压烧结等,国内厂商的烧结工艺已经转向常压烧结。

 

 在靶材领域有布局和积累的企业未来有望受益于钙钛矿的发展,建议关注:隆华科技(机械)、阿石创(电子)、莱特光电(化工)、奥来德/江丰电子(电子)、万润股份(化工)等。

声明:文章观点来自网友,仅为作者个人研究意见,不代表韭研公社观点及立场,站内所有文章均不构成投资建议,请投资者注意风险,独立审慎决策。
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