【异质结】靶材技术解析及市场现状
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靶材成本居高不下,是异质结电池产业化过程中的一个大阻碍。靶材是高速荷能粒子轰击的目标材料,故靶材也叫溅射靶材(纯度:99.9%-99.999%),应用在异质结电池制造过程中的第三步,具有较高的技术壁垒。
异质结电池制备工艺
高纯铝及铝合金是目前使用最为广泛的导电层薄膜材料之一。和超大规模集成电路芯片的制造对溅射靶材金属纯度的要求相比,太阳能电池用铝靶的金属纯度略低,为99.995%(4N5)以上。
钨钛合金电子迁移率低、热机械性能稳定、抗腐蚀性能优良以及化学稳定性好,尤其适合在大电流和高温环境下使用,由是也应用于太阳能领域。
镀膜工艺被国外企业垄断,毛利率翻百倍
溅射镀膜工艺所需要的溅射靶材原材料纯度高、专业应用性强,因此,此项技术长期被欧美日国家垄断,如霍尼韦尔(美国)、日矿金属(日本)、东曹(日本)等跨国集团为代表的溅射靶材生产商较早涉足该领域,经过几十年的技术积淀,居于全球溅射靶材市场的主导地位,占据绝大部分市场份额。
行业垄断情况下,这些企业就可以向下游索取更高的毛利率。例如,一公斤工业用铝锭的价格在 10-20 人民币,一公斤电子用铝锭可以卖到上千人民币。同时,在加工过程中生产商需要避免一切可能的二次污染,造就了高纯度金属加工很高的技术壁垒。所以,产品的毛利率一向很高。这样太阳能作为流水线在中国的下游行业,其国内大型生产型企业必须承担更加高的上游原材料价格波动风险。
不仅如此,这些境外企业在掌握溅射靶材生产的核心技术以后,实施极其严格的保密措施,限制技术扩散,同时不断进行横向扩张和垂直整合,将业务触角积极扩展到溅射镀膜的各个应用领域,牢牢把握着全球溅射靶材市场的主动权,并引领着全球溅射靶材行业的技术进步。
靶材行业国内起步较晚,面临严峻的考验
受到发展历史和技术限制的影响,溅射靶材行业在我国起步较晚,目前仍然属于一个较新的行业。与国际知名企业生产的溅射靶材相比,我国溅射靶材研发生产技术还存在一定差距,市场影响力相对有限,尤其在半导体芯片、平板显示器、太阳能电池等领域,全球高纯溅射靶材市场依然被美国、日本的溅射靶材生产厂商所控制或垄断。
随着溅射靶材朝着更高纯度、更大尺寸的方向发展,我国溅射靶材生产企业只有不断进行研发创新,具备较强的产品开发能力,研制出适用不同应用领域的溅射靶材产品,才能在全球溅射靶材市场中占得一席之地。
半导体芯片、平板显示器、太阳能电池等下游工业对产品的品质和稳定性等方面有较高的要求,为了严格控制产品质量,下游客户尤其是全球知名厂商在选择供应商时,供应商资格认证壁垒较高,且认证周期较长。
我国高纯溅射靶材企业要进入国际市场:
首先要通过部分国际组织和行业协会为高纯溅射靶材设臵的行业性质量管理体系标准;
其次,半导体芯片、平板显示器、太阳能电池等下游知名客户均建立了十分完善的客户认证体系,在高纯溅射靶材供应商满足行业性质量管理体系认证的基础上,下游客户往往还会根据自身的质量管理要求再对供应商进行合格供应商认证。
认证过程主要包括技术评审、产品报价、样品检测、小批量试用、批量生产等几个阶段,认证过程相当苛刻,从新产品开发到实现大批量供货,整个过程一般需要 2-3 年时间。
为了降低供应商开发与维护成本,保证产品质量的持续性,溅射靶材供应商在通过下游客户的资格认证后,下游客户会与溅射靶材供应商保持长期稳定的合作关系,不会轻易更换供应商,并在技术合作、供货份额等方面向优质供应商倾斜。
近年来,受益于国家从战略高度持续地支持靶材行业的发展及应用推广,我国国内开始出现少量专业从事高纯溅射靶材研发和生产的企业,并成功开发出一批能适应高端应用领域的溅射靶材,为高纯溅射靶材大规模产业化提供了良好的研发基础和市场化条件。
靶材在太阳能领域的巨大潜力
制备太阳能电池较为常用的溅射靶材包括铝靶、铜靶、钼靶、铬靶以及 ITO 靶、AZO 靶(氧化铝锌,Aluminum Zinc Oxide)等,纯度要求一般在 99.99%以上,其中,铝靶、铜靶用于导电层薄膜,钼靶、铬靶用于阻挡层薄膜,ITO 靶、AZO 靶用于透明导电层薄膜。
近年来,随着全球太阳能光伏年度新增装机容量呈现快速增长的态势,以及中国光伏市场潜力的大爆发,带动上游太阳能电池等相关行业迅速发展。在提质增效的大背景下,高效异质结电池势必成为下一个高效电池风口,以及更加便捷的薄膜电池也会应用广泛,这将不断完善各个产业环节。国内大的市场需求环境,将进一步推动国内靶材技术的创新进展。
为进一步加强异质结电池产业链上下游协同创新,加快推动高效低成本异质结电池技术应用普及,由上海市太阳能学会、光伏领跑者创新论坛联合主办,中国质量认证中心技术支持的“第四届异质结电池与装备产业化发展论坛”将于 3月14-15日在江苏无锡召开。大会将邀请异质结电池研究机构、生产制造企业、关键装备及配 套材料供应商、第三方检测认证机构、分析咨询机构、终端用户代表等行业企业及专家共同参与,全方位多角度剖析异质结电池产业链各环节技术与市场焦点话题,探讨异质结电池行业发展未来。
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