La búsqueda de obleas y alambres más delgados aumenta la aplicación de alambre de diamante de tungsteno

El rebanado es uno de los procedimientos centrales de la fabricación de obleas. Con un desempeño sobresaliente en la reducción de costos, la fabricación de obleas más grandes y delgadas se convierte en una búsqueda común del sector de las obleas. Los precios del polisilicio se mantienen elevados en los últimos dos años, acelerando el desarrollo de obleas más delgadas. En 2017, una sustitución integral de los alambres de mortero por alambres de diamante indicó un camino claro para el avance y la reducción de costos de la tecnología de corte de obleas.

A medida que la capacidad fotovoltaica instalada aumentó en los últimos dos años, los precios del polisilicio aumentaron mensualmente debido a la escasez de suministro en 2021 y se han mantenido por encima de los 200 RMB/kg durante más de un año. InfoLink espera que los precios del polisilicio se mantengan elevados este año hasta el cuarto trimestre, cuando disminuya la escasez. Los precios se mantendrán por encima de 200 RMB/kg hasta el tercer trimestre del próximo año, cuando la mayoría de los proyectos de expansión de la producción produzcan una producción sustancial.

El aumento de los precios del polisilicio aumenta los costos de producción de obleas. Para controlar los costos, los fabricantes de obleas aceleran el proceso de adelgazamiento de obleas. De 2018 a 2020, los fabricantes pasaron tres años, solo para reducir el grosor en 5 μm. Sin embargo, desde 2021, el grosor de la oblea se ha reducido en 15 μm y es posible que se reduzca aún más.

Dados los altos precios del polisilicio, es más directo y efectivo para los fabricantes de obleas reducir los costos de producción al mitigar el consumo de polisilicio. Una forma de hacerlo es hacer obleas más delgadas y usar hilos de diamante más delgados es otra.

En la primera mitad de 2021, el diámetro del hilo de diamante llegó principalmente a 42-47 μm. La cifra ahora se encuentra en 36-40 μm. Algunos fabricantes incluso utilizan hilos de diamante de tungsteno de 32 μm como hilos centrales para reducir aún más el uso de polisilicio.

InfoLink espera que el mundo agregue al menos 239 GW de capacidad fotovoltaica instalada en 2022. La instalación hace que aumente la demanda de obleas. Como una lista de materiales de obleas primaria, el alambre de diamante está obligado a ver un aumento evidente de la demanda. Además, la cantidad de partículas abrasivas por unidad se reduce a medida que el hilo de diamante se vuelve más delgado. Según el sitio web de Qingdao Gaoce Technology, la tasa de corte de un hilo de diamante electrochapado de 43 μm es de 180±30 grano/mm y se reduce a solo 140±30 grano/mm para un hilo de diamante electrochapado de 37 μm. La disminución en la tasa de corte provocó un aumento significativo en el consumo de alambre por pieza.

El consumo de alambre es de 3,5-4 m/pieza para obleas de 182 mm y de 4,8-5,3 mm/pieza para obleas de 210 mm. Los dos se traducen en 0,46-0,53 m de consumo de cables, según los cuales, se estima que se utilizarán 500 000 km de cables/GW a lo largo de 2022. Se espera que la cifra aumente en 50 000 km/GW cada año, a medida que los cables se vuelven más delgados.

El aumento de la capacidad fotovoltaica instalada y el desarrollo de alambres más delgados contribuyen a un mayor aumento de la demanda de alambre de diamante en 2022 que en 2021. Este año, la demanda de alambre de diamante puede alcanzar los 150 millones de km y superar los 250 millones de km para 2030.

En la actualidad, la mayoría de los hilos de diamante utilizan hilos de acero con alto contenido de carbono como hilos centrales. Los alambres de acero con alto contenido de carbono y dicha aplicación se originan en países desarrollados, como EE. UU. y Japón. Los proveedores de hilo diamantado más competitivos son de Japón y EE. UU., como Asahi, Nakamura y DMT, que son fabricantes de hilo diamantado líderes en el mundo.

A partir de 2017, con el auge de los proveedores chinos de hilo diamantado y el rápido progreso de la sustitución de importaciones, los fabricantes chinos recuperan casi el 100 % del dominio del mercado de hilo diamantado. Por ahora, la cadena de suministro de alambre de diamante se encuentra en un estado de "una superpotencia, muchas grandes potencias". Metro ha asegurado más del 50 % de la participación de mercado durante muchos años consecutivos, mientras que Gaoce, Planetec, Yuanshi y Jiangsu Resource Fusion Diamond Technology publican al menos un millón de kilómetros de suministro mensual.

Fuente: datos públicos recopilados e investigación industrial por InfoLink

En teoría, había 158 millones de km de capacidad de producción de hilo de diamante a fines de 2021, lo que satisface la demanda anual de 2022. A medida que los fabricantes se expanden, la capacidad de producción teórica puede superar los 300 millones para fines de este año.

Las empresas que cotizan en bolsa representan 67 000 000 km de suministro de hilo de diamante en 2021, mientras que Yuanshi y Resource Fusion supuestamente contribuyeron con 25 000 000 km. Como se muestra en la tabla anterior, todos los fabricantes acumularon 92 000 000 km de suministro, a la par de la demanda de 90 000 000 km en 2021.

Los cables Dimond se componen principalmente de cables de 92c y 100c. Los hilos diamantados galvanizados de 35 μm y 36 μm deben tener al menos 5,3 N y 5,8 N de fuerza de rotura, respectivamente. Para garantizar suficiente fuerza de tracción y fluctuación de la tensión residual, el calibre de un alambre de acero con alto contenido de carbono estándar es de alrededor de 35 μm. En la actualidad, el calibre de los alambres de acero utilizados para cortar las obleas es muy cercano a 35 um, pero difícilmente se puede reducir más.

Los cables de tungsteno, con mayor fuerza de rotura, reciben cada vez más atención. Las ventajas de los cables de tungsteno incluyen:

Sierra de marquetería de diamante de alambre de tungsteno de aleación de alta resistencia ultrafina y método de preparación de la misma

Actualmente, el suministro limitado de cables de tungsteno fotovoltaicos eleva los precios de las líneas con núcleo de tungsteno, que son cuatro o cinco veces más caras que las regulares. Como resultado, los hilos de diamante de tungsteno son de dos a tres veces más expansivos que los normales. El alambre de diamante de tungsteno es más caro, pero su calibre más pequeño ayuda a reducir la pérdida de corte de manera efectiva. Dados los altos precios del polisilicio, los alambres de tungsteno, con una mayor fuerza de rotura, siguen siendo una mejor opción, a pesar de la mayor probabilidad de roturas de alambre debido a un calibre más pequeño. El alambre de diamante de tungsteno también reduce la pérdida de alambre en un 10 %.

El consumo de alambre puede reducirse aún más aumentando la cantidad de cada rollo de alambre a por lo menos 100 km por rollo. Una evaluación de costos para el corte de obleas G12 encuentra que, con 300 RMB/kg de precios de polisilicio y 90 RMB/km de precios para alambres de diamante de tungsteno, todavía hay 0,04 RMB/pieza de ventaja en costos. Teniendo en cuenta los precios actuales de los hilos de diamante, los costes de corte del uso de hilos de diamante de tungsteno e hilos de diamante normales son prácticamente los mismos que los precios del polisilicio, que rondan los 240 RMB/kg.

De acuerdo con el gráfico anterior, cuanto más caro es el polisilicio, más ventajoso se vuelve el alambre de diamante de tungsteno. En el futuro, cuando los precios de los hilos de diamante y polisilicio regulares bajen, los fabricantes de hilos de diamante de tungsteno pueden reducir los precios y fabricar hilos más delgados para asegurar su ventaja.

Concediendo que tanto los hilos de diamante regulares de 36 μm como los hilos de tungsteno de 30 μm se pueden usar para cortar obleas G12, los hilos de diamante de tungsteno seguirán disfrutando de una ventaja de costes incluso cuando los precios cayeron a 80 RMB/km y los precios del polisilicio se mantienen por encima de 80 RMB/km. kg. Además, hay más espacio para que el grosor de los hilos de diamante de tungsteno se reduzca aún más, llegando potencialmente a menos de 30 μm.

Los principales proveedores de alambre central incluyen Matsushita, Xiamen Tungsten Co., Ltd y China Tungsten. Sujeto a capacidades de producción a pequeña escala, las empresas que pueden producir en masa alambres de tungsteno y diamantes son Resource Fusion. Metron, Dialine y Yuanshi producen en menor volumen, mientras que otros fabricantes se están preparando para el negocio. Más tarde, un total de 70 000 millones de metros de expansión de la capacidad de producción de Xiamen Tungsten Co., Ltd y China Tungsten entrarán en funcionamiento, proporcionando una demanda de 120 - 140 GW para alambres diamantados galvánicos.

La mayor diferencia entre usar alambres de tungsteno y de diamante regular como alambres de núcleo es que, en la superficie de los alambres de tungsteno, se genera una gruesa capa de óxido y grafito coloidal durante la producción. Los dos deben quitarse antes de usar un alambre de tungsteno, para asegurar la adhesión de la disposición de níquel-fósforo. Sin embargo, la remoción lleva más tiempo que la producción de hilos de diamante y la tasa de remoción es relativamente baja. Estos problemas técnicos complican la transición de los hilos de diamante normales a los de tungsteno.

Hacer obleas de gran formato e hilos de diamante más delgados ha sido una búsqueda a largo plazo de la fabricación de obleas, que se ve acelerada por los elevados precios del polisilicio. A medida que el alambre de acero al carbono alcanza su límite en términos de rendimiento y reducción de espesor, el alambre de tungsteno, con una mayor fuerza de ruptura, es ampliamente reconocido como el material de próxima generación para alambres con núcleo de alambres de diamante.

Sujeto al suministro de alambre central, el volumen de producción real de alambres de diamante de tungsteno es limitado. Más tarde, un total de 70 000 millones de metros de expansión de la capacidad de producción de Xiamen Tungsten Co., Ltd y China Tungsten entrarán en funcionamiento, proporcionando una demanda de 120 - 140 GW para alambres diamantados galvánicos. El uso de hilos de diamante de tungsteno aumentará en 2023, ya que los precios del polisilicio se mantendrán relativamente altos.

El hilo de diamante de tungsteno es mejor para rebanar obleas, pero contribuye poco a reducir los costos de producción. Sujeto al suministro de alambre de tungsteno fotovoltaico, los alambres de acero al carbono seguirán siendo el material principal para los alambres centrales de los alambres de diamante en los próximos uno o dos años.

El reemplazo del alambre de acero al carbono normal por alambre de tungsteno diamantado será más rápido si los fabricantes pueden producir alambres de tungsteno más delgados y económicos, aprovechando su ventaja en el segmento de rebanado y ampliando la capacidad de producción de alambres de tungsteno diamantado y alambres con núcleo de tungsteno fotovoltaico.