钨丝可用于硅片切割金刚石线的母线。钨丝是一种以难熔金属钨(W)为主要原材料的细丝,具有熔点高、电阻率大、强度好、蒸气压低等特点,可广泛应用于照明市场,现已拓展至光伏领域,用于硅片切割金刚石线的母线。光伏产业链主要包括硅料、硅片、晶硅电池片、光伏组件、光伏发电系统 5个环节。
上游为硅料、硅片的生产环节;中游为晶硅电池片、光伏组件的生产环节;下游为光伏发电系统的集成和运营环节。其中,硅片切割是切片环节的主要工序,金刚线可用于硅棒截断、硅锭开方、硅片切割,其切割性能直接影响硅片的质量及光伏组件的光电转换性能。随着硅片薄片化及金刚线细线化的推进,用钨丝替代高碳钢丝作为金刚线母线的趋势逐步明朗。
光伏用细钨丝的生产需要多道工序:首先通过焙烧 APT 得到三氧化钨,经两次还原反应后生成钨粉,钨粉通过压制、烧结得到钨条,钨条再经过旋锻加工制成钨杆,钨杆经过拉拔形成粗钨丝,最后粗钨丝经过再次拉拔,以及电解清洗后得到细钨丝。
硅片薄片化、金刚线细线化不断推进,钨丝替代高碳钢丝大势所趋。光伏硅片未来将向“大尺寸”和“薄片化”方向发展。“大尺寸”利于在不增加设备和人力的情况下增加设备产能;“薄片化”提高硅料使用率、减少硅料消耗,进而最终降低光伏产品成本。
硅片薄片化仍存在较大发展空间,2021 年,p 型单晶硅片平均厚度约 170μm,较 2020 年下降 5μm。2021 年,TOPCon 电池的 n 型硅片平均厚度为 165μm,异质结电池的硅片厚度约 150μm;未来单晶硅片将向 130-160μm 发展;据光伏协会预测,至 2030 年,单晶硅片厚度将明显下降,达 110-140μm;此外,硅片厚度会影响电池片的自动化、良率、转换效率等,需满足下游电池片、组件制造端的需求。
“细线化、高速度”是金刚线主要发展趋势。金刚线越细,固结在钢线基体上的金刚石微粉颗粒越小,切割加工时对硅片的表面损伤越小,硅片表面质量越好,硅片 TTV 等质量指标表现也就越好。
金刚线母线细线化长期趋势下,钨丝有望替代高碳钢丝。切割线母线直径及研磨介质粒度同硅片切割质量及切削损耗量相关,较小的线径和介质粒度有利于降低切削损耗和生产成本。2021 年,金刚线母线直径为 40-47μm,用于单晶硅片的金刚线母线直径降幅较大,且持续下降。
硅料价格变化较大,母线细化具有长期优势。2022 年底开始,硅料产能逐步释放,硅料供大于求,硅料价格下跌,下游硅片厂成本压力缓解。金刚线细线化趋势下,硅料价格的周期波动不会影响光伏用钨丝替代碳钢丝的长期优势。随着技术发展,光伏用硅片薄片化不断推进,为节省硅料及降低切割过程中金刚线断线造成的损失,物理性能更为优异的钨丝替代高碳钢丝是大势所趋。
钨丝凭借细径、高破断力及显著经济性,需求将快速增长。钨丝具有细线空间大、抗拉强度高、破断力强、韧性好、耐疲劳和耐腐蚀等优势,将逐步取代高碳钢丝来生产金刚线:在同等线径 40μm 情况下,钨丝的断线率、破断力、电阻率、扭转性能、线耗、稳定性、硬度均显著优于高碳钢丝,可以节省硅料,延长金刚石线的使用寿命。
全球光伏装机规模不断扩大,拉动金刚线市场增长。在绿色环保、节能减排的背景下,全球光伏装机规模不断扩大,其中我国太阳能电池片产量占全球总产量比例较高且优势突出,从而持续拉动金刚线市场增长。根据中国光伏行业协会统计,2022 年,全国电池片产量约 318GW,同比增长 60.7%,占全球总产量 80.7%。2023 年,全国电池片产量约 541GW,同比增长 70.13%,2023 年电池产量迎来新高。
光伏钨丝存在技术及前端原料质量双重壁垒,目前能够量产的主要是厦门钨业。光伏钨基合金母线加入了铼/镧等金属元素,通过提升冲击镀的镀层厚度,显著提升上砂能力、上砂均匀性,相较于同规格碳钢母线,其强度、脆断次数低、弹性模量高、耐蚀性更强,掺杂金属的含量及旋锻、拉丝等加工工艺需要不断进行迭代积累,以逐步优化钨丝金刚线的切割性能。厦门钨业钨丝生产的技术积累深厚,工艺已经成熟。此外,光伏钨丝细线化对前端钨粉材料的质量要求很高,厦门钨业能够保证稳定的一体化原料供应。