Debata o bezsrebrowych ogniwach powraca

Najnowsza premiera produktowa LONGi ponownie skierowała uwagę przemysłu fotowoltaicznego na metalizację ogniw słonecznych. W porównaniu z innymi technologiami w swoim tak zwanym „lesie technologii”, ACM wyróżniło się jako centralny punkt ze względu na potencjał zmniejszenia zależności od srebra.

W ciągu ostatnich kilku lat większość dyskusji branżowych koncentrowała się na wyborze między technologiami TOPCon, HJT i BC. Wydajność konwersji, moc modułów i bifacjalność zajmowały główne miejsce podczas premier produktów. Pasta srebrowa zawsze była ważnym elementem kosztów ogniw słonecznych, ale rzadko otrzymywała taki poziom uwagi.

Gwałtowne wahania cen srebra na początku roku zmieniły tę sytuację. Gdy pasta srebrowa zaczęła stanowić wyższy udział w kosztach produkcji fotowoltaicznej niż polikrzem, redukcja zużycia srebra stała się długoterminowym problemem, którego branża nie mogła już dłużej unikać.

W miarę wzrostu mocy produkcyjnych ogniw typu N, koszt pasty srebrowej staje się coraz trudniejszy do zignorowania. Technologie BC i HJT stawiają wyższe wymagania metalizacji, podczas gdy tradycyjne metody redukcji srebra stopniowo zbliżają się do swoich granic procesowych. Producenci ogniw zaczęli więc przeprojektowywać materiały siatek, struktury kontaktowe i systemy łączenia modułów.

Dlaczego przemysł fotowoltaiczny musi zmniejszyć zużycie srebra?

Od dziesięcioleci srebro jest powszechnie uznawane za jeden z najlepszych materiałów do elektrod fotowoltaicznych.

Oferuje doskonałą przewodność elektryczną, drukowalność i stabilność chemiczną. Procesy sitodruku, wypalania i lutowania oparte na paście srebrnej zostały również sprawdzone przez lata masowej produkcji. Ponieważ moduły fotowoltaiczne mają działać na zewnątrz przez 25 do 30 lat, dojrzałość procesu jest równie ważna jak początkowa wydajność.

Problemem jest skala i cena.

Zmniejszenie zużycia srebra o kilka miligramów na ogniwo może wydawać się nieznaczne. Jednak pomnożenie tej ilości przez kilkaset gigawatów rocznej produkcji sprawia, że wpływ finansowy staje się znaczący. Srebro jest zarówno towarem przemysłowym, jak i aktywem finansowym. Jego cena jest uzależniona od podaży kopalnianej, popytu inwestycyjnego, popytu elektronicznego i kilku innych czynników, na które producenci fotowoltaiki mają niewielki wpływ.

Srebro jest również produkowane głównie jako produkt uboczny innych działań wydobywczych. Jego ograniczona roczna podaż jest jednym z powodów, dla których zachowuje status metalu szlachetnego. Jeśli zużycie srebra na ogniwo pozostanie niezmienione, dalszy wzrost produkcji fotowoltaicznej może ostatecznie doprowadzić do sytuacji, w której przemysł po prostu nie będzie w stanie zabezpieczyć wystarczającej ilości srebra.

Ogniwa TOPCon wymagają metalizacji po obu stronach. Proces niskotemperaturowy HJT potrzebuje specjalistycznych formulacji past. Ogniwa BC przenoszą wszystkie elektrody na tył, co sprawia, że wzór elektrod jest bardziej złożony. Wartości zużycia srebra dla różnych rozmiarów ogniw nie mogą być bezpośrednio porównywane, dlatego koncepcja „odsrebrzania” w przemyśle obejmuje kilka odrębnych poziomów technicznych:

• Kontynuacja stosowania srebra: Cienkie palce, ultracienkie palce, MBB, SMBB i 0BB są używane w celu zmniejszenia zużycia srebra.

• Srebro powlekane miedzią lub kompozytowa pasta srebrno-miedziana: Miedź pełni większość funkcji przewodzących, podczas gdy zewnętrzna warstwa srebra poprawia odporność na utlenianie, kontakt elektryczny i lutowność.

• Pasta miedziana lub stopy na bazie miedzi: Miedź zastępuje większość konwencjonalnej pasty srebrnej.

• Galwanizacja miedzią: Elektrody miedziane są formowane bezpośrednio na powierzchni ogniwa, z pominięciem konwencjonalnego drukowania pasty srebrnej.

• Aluminium zastępujące srebro: Koszt materiału jest niższy, ale przewodność elektryczna i wydajność kontaktu są trudniejsze do opanowania.

Od konserwatywnych dostosowań po radykalne zmiany procesów, każda ścieżka stara się odpowiedzieć na te same pytania: Ile srebra można zaoszczędzić? Ile sprzętu trzeba zmodyfikować? Czy wydajność ucierpi? Czy uzysk produkcji pozostanie stabilny? Czy moduł będzie niezawodnie działał przez 25 lat?

Konwencjonalne technologie zmierzają w kierunku niższego zużycia srebra

Obecnie najszerzej stosowanym rozwiązaniem jest nadal redukcja ilości pasty srebrnej, a nie jej całkowita eliminacja.

Cienkie i ultracienkie palce zmniejszają szerokość linii siatki, utrzymując pod kontrolą rezystancję szeregową. MBB i SMBB zwiększają liczbę szyn zbiorczych lub przewodów łączących, skracając odległość boczną, jaką musi pokonać prąd. 0BB usuwa konwencjonalne szyny zbiorcze i pozwala, aby przewody lub kompozytowe folie zbierały prąd bezpośrednio z palców.

Te opcje nadają się do stopniowych modernizacji linii produkcyjnych. Producenci mogą nadal korzystać z dojrzałego sprzętu do sitodruku i produkcji modułów, utrzymując ryzyko procesowe na stosunkowo zarządzalnym poziomie. Producenci TOPCon, tacy jak JinkoSolar, kontynuują rozwój 0BB, podczas gdy producenci HJT często łączą cienkie palce, 0BB i pastę ze srebra pokrytego miedzią.

Srebro pokryte miedzią to kolejna ważna ścieżka.

Proszek miedzi przewodzi prąd, a powłoka srebra chroni miedź i poprawia lutowność. Wraz ze wzrostem zawartości miedzi zużycie srebra na linię siatki stopniowo spada. Firma Huasun wprowadziła pastę ze srebra pokrytego miedzią do masowej produkcji HJT i kontynuuje opracowywanie formulacji o wyższej zawartości miedzi. Producenci HJT, tacy jak Risen Energy, również rozwijają technologie past o niskiej zawartości srebra.

Zaletą tej ścieżki jest to, że wymaga stosunkowo niewielkich modyfikacji linii produkcyjnej i oferuje jasną ścieżkę do niższych kosztów materiałowych. Główne wyzwania obejmują jednolitość powłoki, dyfuzję miedzi, stabilność przechowywania pasty, drukowalność i niezawodność połączeń lutowanych. Problemy te stają się bardziej wyraźne wraz ze spadkiem zawartości srebra.

Rysunek 1. Kolorowy obraz ze skaningowego mikroskopu elektronowego styku pasty ze srebra pokrytego miedzią

W obozie niskosrebrowym istnieją również rozbieżności.

23 kwietnia firma JA Solar opublikowała artykuł zatytułowany „Zapewniając zawartość srebra, JA Solar nadal oferuje niezawodny wybór”. Argumentowano w nim, że zawartość srebra w module wpływa na jego podstawową jakość i wyraźnie stwierdzono, że firma będzie nadal używać pasty srebrnej. Kluczowym stanowiskiem JA Solar jest to, że srebrne linie siatki przeszły już długoterminową walidację, podczas gdy miedź i aluminium wciąż stoją przed nierozwiązanymi kwestiami dotyczącymi utleniania, korozji i stabilności interfejsu.

Tongwei określił srebro jako „kamień balastowy” wspierający długoterminową niezawodność modułów. Trina Solar również stwierdziła, że redukcja srebra jest wyraźnym trendem, ale jej wdrożenie musi uwzględniać długoterminowe zyski klientów. Należy zauważyć, że firmy te opracowują również rozwiązania z miedzią srebrzoną lub czystą miedzią. Ich podejście do natychmiastowego wdrożenia na masową skalę może być ostrożne, ale nie porzuciły badań nad technologiami bezsrebrowymi.

Ograniczenie strategii redukcji srebra jest oczywiste. Bez względu na to, jak niskie będzie zużycie srebra, produkcja fotowoltaiczna pozostaje związana z metalem szlachetnym i nadal boryka się z wahaniami cen, na które nie ma wpływu. Podobnie jak w przypadku samego TOPCon, konwencjonalne metody redukcji srebra mogą przynosić malejące korzyści w miarę zbliżania się do ich technicznego sufitu. Na silnie konkurencyjnym rynku wybór konserwatywnej ścieżki może czasami wynikać mniej z preferencji, a bardziej z konieczności przetrwania.

ACM: Przełom czy technologia przejściowa?

Tydzień po premierze LONGi, Tongwei opublikował artykuł zatytułowany „Moduły bezsrebrowe: pułapka czy prawdziwa okazja? Przeczytaj to, zanim podejmiesz decyzję”. Otwierające ostrzeżenie było bezpośrednie: „Nie instaluj ślepo modułów bezsrebrowych. Jeśli te trzy kwestie nie zostaną wcześniej zrozumiane, po trzech do pięciu latach może być za późno na żal”. Stwierdzenie to podkreśliło ostrą różnicę między technicznymi obozami w branży.

W przeciwieństwie do strategii stopniowej redukcji preferowanej przez konwencjonalnych producentów, firmy BC aktywnie zastępują tradycyjne materiały siatki.

Samo srebro ma doskonałą przewodność. Jednak siatki ogniw słonecznych wykorzystują pastę srebrną, a nie czyste srebro. Miedź może zapewnić lepszą przewodność niż pasta srebrna zawierająca szkło i inne dodatki, przy znacznie niższym koszcie. Problem polega na tym, że miedź wnikająca do płytki krzemowej może tworzyć defekty głębokich poziomów i skracać czas życia nośników mniejszościowych. Podczas długotrwałej pracy modułu miedź musi również wytrzymać utlenianie, dyfuzję, wilgotne ciepło i starzenie się interfejsu. Sprostanie tym zagrożeniom wymaga skoordynowanego rozwoju warstw barierowych, struktur kontaktowych, formulacji past, okien wypalania i systemów enkapsulacji.

Technologia ACM firmy LONGi próbuje rozwiązać te konflikty poprzez system nanostopów i strukturę kontaktów matrycowych.

Zgodnie z publicznymi informacjami LONGi, ACM to nowej generacji rozwiązanie metalizacji stopem miedzi opracowane dla ogniw back-contact HPBC i HIBC. Łączy trzy elementy: nanometryczną warstwę barierową, przewodzenie stopem miedzi i punktowe kontakty matrycowe. LONGi twierdzi, że struktura ta może poprawić wydajność ogniw, znacznie zmniejszyć zużycie srebra i zwiększyć długoterminową niezawodność modułów bez obniżania wydajności produkcyjnej.

Rysunek 2. Wydarzenie inaugurujące technologię ACM nano-stopów matrycowych firmy LONGi

Z punktu widzenia klasyfikacji technicznej, ACM należy do rodziny past na bazie miedzi lub metalizacji stopem miedzi. Zachowuje silne powiązanie z procesami drukowania, dzięki czemu jest bardziej kompatybilna z istniejącym sprzętem do produkcji ogniw. Dla producentów posiadających duże moce produkcyjne ta kompatybilność ma praktyczną wartość. Nowy materiał może przynieść znaczące korzyści kosztowe dopiero po wejściu do produkcji na dużą skalę.

Publiczne komunikaty LONGi podkreślają zastąpienie konwencjonalnej pasty srebrnej i znaczne zmniejszenie zużycia srebra. Firma nie ujawniła jednak pełnego składu stopu ani proporcji poszczególnych metali. Na podstawie dostępnych obecnie informacji branżowych, ACM wydaje się stosować system stopów z dominacją miedzi i może nadal zawierać niewielką ilość srebra, prawdopodobnie w warstwie zarodkowej lub kontaktowej. Dlatego bardziej trafne może być sklasyfikowanie ACM jako technologii głębokiej redukcji srebra lub drogi eliminującej konwencjonalną pastę srebrną. Twierdzenia opisujące ją jako „czystą miedź” lub „całkowicie bezsrebrową” mogą wymagać dokładniejszego zbadania.

Mimo to, produkcja fotowoltaiczna ostatecznie koncentruje się na ilości metalu szlachetnego użytego na wat, wynikającej z tego redukcji kosztów i dodatkowych inwestycji w sprzęt. Jeśli zużycie srebra gwałtownie spadnie, ACM nadal ma wyraźne znaczenie ekonomiczne, nawet jeśli w systemie stopów pozostanie niewielka ilość srebra. Jako nowo wprowadzona technologia, jej rzeczywista wydajność w masowej produkcji i wyniki terenowe będą wymagać czasu, aby się potwierdzić.

Galwanizacja miedzi: Postęp z dala od centrum uwagi

Po emocjach związanych z ostatnimi premierami, jeden punkt został mniej zauważony: w pełni bezsrebrowe produkty oparte na galwanizacji miedzi zostały już dostarczone na rynek.

Aiko, inna firma pracująca nad technologią BC, wykorzystuje galwanizację miedzi do formowania elektrod ogniw. Proces zazwyczaj obejmuje wzorcowanie, osadzanie warstwy zarodkowej lub barierowej, miedziowanie oraz nakładanie zewnętrznej warstwy ochronnej. Warstwa zarodkowa zapewnia kontakt elektryczny i zapobiega dyfuzji miedzi do krzemu. Siatka miedziana zapewnia przewodność, podczas gdy zewnętrzna warstwa metalowa wspiera odporność na utlenianie i łączenie.

Galwanizacja miedzi i ACM zmniejszają zależność od pasty srebrnej, ale ich ścieżki produkcyjne są bardzo różne.

ACM wykorzystuje pastę na bazie stopu miedzi, kontakty matrycowe i procesy związane z drukowaniem. Aiko pomija drukowanie pasty srebrnej i hoduje elektrody miedziane poprzez galwanizację. Galwanizowane linie siatki mogą osiągnąć stosunkowo wysoki współczynnik kształtu, co pozwala im być węższymi i grubszymi. Zmniejsza to zacienienie przy zachowaniu wystarczającego przekroju przewodzącego.

W przeciwieństwie do ACM i konwencjonalnej metalizacji pastą srebrną, technologia galwanizacji miedzi Aiko nie wymaga wypalania w wysokiej temperaturze. Zmniejsza to uszkodzenia termiczne płytki krzemowej podczas procesu i może pośrednio podnieść potencjał wydajności ogniwa słonecznego.

Bariery procesowe są również jasne. Galwanizacja miedzi wymaga więcej etapów produkcji, w tym wzorcowania, powlekania, platerowania, czyszczenia i oczyszczania ścieków. Inwestycje w sprzęt są wyższe, jest więcej punktów kontroli procesu, a wydajność produkcji może być trudniejsza do ustabilizowania na wczesnym etapie rozruchu.

Rysunek 3. Inline Ni/Cu/Ag urządzenia do galwanizacji metalizacji dla krzemowych ogniw słonecznych

According to the publicly disclosed timeline, Aiko announced silver-free metallization coating technology in 2021. Its 6.5 GW ABC project in Zhuhai entered production in the fourth quarter of 2022. The company states that, since 2022, łączna masowa produkcja z wykorzystaniem bezsrebrnego połączenia miedzianego przekroczyła 20 GW.

Wygląda na to, że Aiko rozpoczęło wcześniej ścieżkę w kierunku metalizacji bez srebra.

Dla rynku ta przewaga oznacza, że rozwiązanie Aiko przeszło już inwestycje w sprzęt, dostosowanie procesu i walidację projektu. To, czy ostatecznie przewyższy konkurencyjne technologie, będzie zależeć od kosztu na wat, wydajności linii produkcyjnej, amortyzacji sprzętu i długoterminowej niezawodności.

Zdolność miedziowania galwanicznego do dalszego obniżania kosztów produkcji ma większe znaczenie niż tytuł bycia pierwszym. Wkład Aiko w branżę jest konkretny i mierzalny: miedziowanie galwaniczne weszło do produkcji na skalę gigawatową i komercyjnych dostaw. Ta ścieżka ma teraz rzeczywiste dane produkcyjne i praktyczne podstawy do dalszych ulepszeń.

Aiko nie stosuje dokładnie tego samego rozwiązania metalizacji w każdym zakładzie produkcyjnym. Dostępne informacje wskazują, że zakład w Zhuhai stosuje bezsrebrne połączenia miedziane, podczas gdy zakład w Yiwu wcześniej opierał się głównie na rozwiązaniu o niskiej zawartości srebra. Firma nie osiągnęła jeszcze całkowitego pokrycia bezsrebrnego we wszystkich scenariuszach produkcyjnych. Na przykład w zastosowaniach na skalę użytkową moduły ABC mogą używać drobniejszych siatek zawierających srebro, aby zrównoważyć projekt metalizacji z bifacjalnością. Dostępne dane wskazują, że moduły ABC o obniżonej zawartości srebra produkowane w zakładzie w Yiwu zużywają około 70% srebra wymaganego przez konwencjonalne projekty i mogą osiągnąć bifacjalność na poziomie 85%.

Pokazuje to również, że nawet komercyjnie ugruntowana technologia miedziowania galwanicznego Aiko wciąż ma pole do optymalizacji. Ten pozostały potencjał jest zgodny z szerszymi możliwościami obniżania kosztów i poprawy wydajności technologii BC.

Innowacje procesowe wokół bezsrebrnej metalizacji

Wraz z ACM, LONGi wprowadziło procesy 0BB, gontowania, przewodzącej folii tylnej i ukrytych szyn zbiorczych, przedstawiając połączony system jako „las technologii”.

Rozpatrywane indywidualnie, procesy te nie pojawiają się po raz pierwszy. Jedną z głównych sił prezentacji LONGi był sposób, w jaki zorganizowała różne etapy procesu wokół ACM i przedstawiła je jako kompletny system. Pomogło to podkreślić rolę zintegrowanej innowacji w produkcji fotowoltaicznej.

Aiko wcześniej spakowało kilka podobnych innowacji w produkty komercyjne, zamiast przedstawiać je tylko jako koncepcje techniczne. Jego trzecia generacja modułu ABC „Full-Screen”, wydana w 2024 roku, już wykorzystywała precyzyjne nakładające się połączenia, ukryte szyny zbiorcze i konstrukcję 0BB. Na targach SNEC 2026 firma wprowadziła swój produkt ABC czwartej generacji, Full-Screen Ultra. Zmniejszając wymaganą odległość pełzania, konstrukcja dodatkowo zmniejszyła obszar niegenerujący energii o 20%.

Rysunek 4. Moduł Aiko G4 Full-Screen Ultra zaprezentowany na targach SNEC 2026

Różne ścieżki techniczne osiągnęły rzadki punkt zgodności co do zwiększania aktywnego obszaru generowania energii modułu. Kolejny etap konkurencji nadal będzie rozstrzygany na hali produkcyjnej. Moc znamionowa próbki testowej może szybko wzrosnąć, gdy połączy się kilka ulepszeń konstrukcyjnych. Osiągnięcie produkcji na dużą skalę i przejście długoterminowej walidacji rynkowej jest znacznie trudniejsze. Zarówno produkty BC, jak i TOPCon mają przed sobą długą drogę.

Logika innowacji jest tym, co się liczy

Dzień po premierze LONGi, cena akcji Aiko osiągnęła dzienny limit handlu jako pierwsza i pomogła wywołać szersze odbicie akcji firm produkujących sprzęt fotowoltaiczny. Reakcja szybko stała się tematem dyskusji w całej branży.

Kapitał krótkoterminowy ma tendencję do handlu tematami, oczekiwaniami i elastycznością wyceny, więc tych dwóch wydarzeń nie należy traktować jako bezpośredniego związku przyczynowo-skutkowego. Premiera LONGi wzmocniła uwagę rynku na metalizację miedzi, technologię BC i optymalizację procesu modułów. Nie było więc zaskoczeniem, że Aiko, która wcześniej skomercjalizowała powiązane technologie i wykazywała większą wrażliwość cenową akcji, stała się bezpośrednim punktem odniesienia dla rynku.

Głębszym powodem jest to, że oczekiwania rynku co do cyklu fotowoltaicznego wydają się zmieniać.

Wieczorem po premierze LONGi, Aiko opublikowało prognozę wyników za pierwszą połowę 2026 roku. Firma spodziewała się straty netto przypadającej akcjonariuszom w wysokości od 680 do 790 milionów RMB. Zniesienie ulg w podatku eksportowym, wahania kursów walut i odpisy aktualizujące obciążyły wyniki półroczne. Bardziej pozytywne sygnały pochodziły z wyników kwartalnych: straty w drugim kwartale zmniejszyły się w porównaniu z pierwszym kwartałem, podczas gdy przychody z modułów ABC, udział sprzedaży zagranicznej i marża brutto uległy poprawie.

Reakcja rynku sugeruje, że przynajmniej dla firm przodujących technologicznie najtrudniejszy etap mógł już minąć. To, czy Aiko zdoła wyjść z cyklu jako pierwsze i pomóc w szerszym ożywieniu branży, będzie nadal zależeć od wolumenu wysyłek ABC, marży brutto, wykorzystania mocy produkcyjnych i przepływów pieniężnych z działalności operacyjnej.

Jednocześnie rośnie presja polityczna na eliminację nadmiernych mocy produkcyjnych. Obowiązkowa norma krajowa zatytułowana „Minimalne dopuszczalne wartości efektywności energetycznej i klasy efektywności energetycznej dla krystalicznych modułów fotowoltaicznych i falowników”, opublikowana w czerwcu, oraz zmiany polityki dotyczące zniesienia ulg w podatku eksportowym dla fotowoltaiki i poboru podatku konsumpcyjnego są wyraźnymi sygnałami, że kampania branży przeciwko destrukcyjnej konkurencji wewnętrznej postępuje.

W miarę jak otoczenie zewnętrzne staje się coraz bardziej wymagające, redukcja kosztów, poprawa jakości i wzrost wydajności stają się kwestiami przetrwania. Konserwatywna czy agresywna, każda ścieżka ostatecznie stanie przed tym samym testem. Tylko firmy, które zbudują przewagę łączącą koszty produkcji, jakość produktów i innowacje techniczne, będą w stanie zdefiniować kolejny etap przemysłu fotowoltaicznego.

Opinia Ooitech

Prawdziwa rywalizacja nie polega po prostu na srebrze kontra miedź. Chodzi o to, czy system metalizacji może połączyć niskie zużycie materiału ze stabilną wydajnością, akceptowalną amortyzacją sprzętu, niezawodnym łączeniem modułów i sprawdzoną odpornością na wilgotne ciepło. Pasta miedziana oferuje łatwiejszą kompatybilność z linią produkcyjną, podczas gdy galwanizacja może dostarczyć cieńsze siatki o wyższym współczynniku kształtu, ale wymaga ściślejszej kontroli procesu i ścieków. Zwycięska ścieżka to ta, która działa konsekwentnie w skali gigawatów, a nie ta z najmocniejszymi deklaracjami w dniu premiery.