铜电镀深度研究系列：光伏最具潜力降本技术之一，设备产业化临近--浙商证券.pdf

2023年 4月 22日 铜 电镀：光伏最具潜力降本技术 之一， 设备产业化临近 —— 深度研究系列 行业评级：看好 证券研究报告 姓名 邱世梁 姓名 王华君 邮箱 qiushiliang@stocke.com.cn 邮箱 wanghuajun@stocke.com.cn 电话 18516256639 电话 18610723118 证书编号 S1230520050001 证书编号 S1230520080005 光伏铜电镀：光伏去银技术，产业化进程有望提速 2 ◼ 铜电镀：最具降本潜力的光伏技术之一 ， 预计目前可实现降本 0.04元 /W 光伏铜电镀技术是采用金属铜完全代替银浆作为栅线电极 ， 具备低成本 、 高效率等优势 。 可用于 TopCon、 HJT、 BC等多种技术路径 ， 其中 HJT银浆用 量相对较大 ， 运用铜电镀技术的需求更为迫切 。 铜电镀优势体现在 1） 低成本 ：相较于 HJT传统丝网印刷技术 ， 预计目前可实现 0.04元 /W的成本下降 。 随着铜电镀设备逐步成熟 ， 后续降本空间可观； 2） 高效率 ：相较于传统丝网印刷技术 ， 铜电镀可以实现 0.3%-0.5%的光电转换效率提升 。 ◼ 图形化和金属化为光伏铜电镀工艺的核心环节 ， 多技术路径共存 ， 设备厂商百家齐放 光伏铜电镀工艺流程可分为种子层制备 、 图形化 、 金属化 、 后处理环节 ， 其中图形化和金属化为核心环节 。 1） 图形化 ：以曝光机为核心设备 ， 主要技 术路径为传统掩膜光刻 、 激光直写光刻 （ LDI） 、 激光开槽 ， 主流厂商为苏大维格 、 芯碁微装 、 帝尔激光 、 捷得宝 、 太阳井等； 2） 金属化 ：电镀设备 主要技术路径为垂直式电镀 、 水平式电镀 、 插片式电镀 ， 主流厂商为 罗博特科 、 东威科技 、 捷得宝 、 太阳井等 。 ◼ 光伏铜电镀产业化处于加速期 ， 预计 2024年有望迈入量产阶段 ， 到 2030年设备市场规模有望达到 275亿元 1、 产业化进程： 1） 发电 /制造厂商： ① 国电投：中试线正在运行 ， 预计第一条量产线于 2023年 7月份开始安装； ② 海源复材：中试线情况较好 ， 铜电 镀技术已趋于成熟 ， 降本增效比较明显 ， 2023年具备产业化能力 ， 有望于 2024年形成规模化产能； ③ 通威股份： 2020年与太阳井大成战略合作 ， 布局 光伏铜电镀； ④ 隆基股份： 2019年以来公司申请多项铜电镀相关专利 ， 提前布局光伏铜电镀技术； 2） 设备厂商： 迈为股份预计 2023年运行中试线 。 2、 市场规模： 预计 2030年光伏铜电镀设备市场空间有望达到 275亿 ， 2022-2030年 CAGR=77%。 ◼ 投资建议：聚焦光伏铜电镀优质设备企业 1、 【 金属化设备 】 ：重点推荐 罗博特科 、 东威科技； 关注 宝馨科技 、 钧石能源等 。 2、 【 图形化设备 】 ：重点关注 苏大维格 、 芯碁微装 、 帝尔激光 、 天准科技等 。 3、 【 整线 】 ：重点推荐 迈为股份 ；重点关注 捷得宝 （ 未上市 ） 、 太阳井 （ 未上市 ） 等 。 风险提示： 光伏行业技术替代风险；产能扩张竞争格局恶化风险；产业化进展不及预期风险；市场规模测算偏差风险 。 【 光伏行业 】 N型电池放量，铜电镀助力降本增效01 3 添加标题 光伏需求扩张带动电池片需求提升， N型电池成为主流1.1 4 资料来源： PVInfoLink，浙商证券研究所 ◼ 光伏需求扩张： 伴随未来光伏价格和成本的持续下降 ， 光伏装机需求有望持续加速增长 。 预计 2030年全球光伏新增装机需 求达 1189-1472GW（ 平均 1330GW） ， 2022-2030年 CAGR达 23%-26%（ 约 6倍空间 ） 。 ◼ N型市占率提升： 2022年伴随着能源危机及乌俄战争的影响 ， 可再生能源装机量增长超预期 ， 其中光伏新增装机量显著提升 。 根据 InfoLinkConsulting数据 ， 2022年全球光伏需求量达 278GW， 同比提升 56%。 其中 ， N型电池产能快速增长 ， 市占率 将迅速提升 。 2022年 N型电池出货量约 20GW， 市占率超 7%。 根据 PVInfoLink预测 ， 到 2030年 ， N型电池市占率将超 50%。 图 1： 2030年主要国家装机需求预测达 1330GW 1.5% 3.4% 6.7% 13.5% 23.4% 32.5% 2.0% 6.2% 10.2% 15.9% 20.0% 24.1%86.4% 86.1% 78.9% 66.5% 51.6% 36.7% 0% 10% 20% 30% 40% 50% 60% 70% 80% 90% 100% 2020 2021 2023 2025 2027 2030 其他技术 IBC电池 NWT电池 异质结电池 TopCon电池 PERC电池 BSF电池 图 2： 2030年 N型电池市占率将超 50% 银浆用量大成为降本难点， HJT非硅成本中银浆占比约 59%1.2 5 资料来源： CPIA，浙商证券研究所；注： TOPCon 电池正面主栅使用银浆，细栅使用银铝浆。 ◼ 银浆用量大成为降本难点： 根据 CPIA《 2021-2022年中国光伏产业年度报告 》 ， 2021年全球银浆总耗量达 3478吨 ， 我国电 池对应银浆总耗量为 3074吨 。 随着光伏行业不断发展 ， 电池片产量持续高增 ， 银浆耗用量将持续增加 。 根据 CPIA《 中国光 伏产业发展路线图 （ 2022-2023年 ） 》 ， 2022年 P型电池消耗量约 91mg/片 （ 正银 65mg/片 、 背银 26mg/片 ） ； N型 TOPCon电池双面银浆 、 银铝浆 *（ 95%银 ） 平均消耗量约 115mg/片； HJT电池双面低温银浆消耗量约 127mg/片 。 由于 HJT银浆消耗量较高 ， 银浆成本占比更高 ， 降低银耗量的需求更为迫切 ， 因此我们主要探讨铜电镀在 HJT的发展情况 。 ◼ HJT大规模产业化制约因素在成本： HJT成本比 PERC高约 0.2元 /W， 主要体现非硅成本上： 1） 设备投资高： 3-4亿 /GW， 比 PERC高一倍； 2） 组件封装材料贵：大量使用 POE； 3） 银耗量大：约 127mg/片； 4） 银浆成本高：低温银浆比高温银浆 高 10%以上 。 49% 32% 7% 2% 4% 6% 硅片 BOM 动力 人力 设备 制造 59% 7% 10% 10% 14% 银浆 网板 化学品 气体 靶材 图 3： HJT电池硅片成本占比约 49% 图 4： HJT电池非硅成本银浆成本占比约 59% HJT技术路线多，降低银耗量是 HJT产业化关键1.3 6  HJT降本路线清晰，降低银耗量是关键。 未来 HJT主要依靠硅片降本（薄片化、 N型硅片规模效应）、设备国产化、靶材国 产化和银浆降本（国产化、降低银耗量）来实现。  低温银浆国产化：目前国产低温银浆已起量（常州聚和、苏州晶银、浙江凯盈等），打破日本垄断。  丝网印刷技术：传统的晶硅电池金属化技术，目前正通过工艺优化降低低温银浆消耗量。 图 5： 2022年 HJT双面低温银浆消耗量约 127mg/片 图 6： 2022年丝网印刷技术市场占比达 99.9% 资料来源： CPIA，浙商证券研究所 降银一：多主栅技术可提升约 0.2%的效率，节省正银耗量 25∼35%1.4 7  栅线会遮挡部分太阳光进入电池 ,为提高电池转换效率则希望栅线越细越好 ,然而栅线越细则电阻损失越大 ,填充因子也因此降 低 ,所以太阳电池栅线设计的核心是平衡遮光和导电的关系。  多主栅技术（ MBB） ：增加主栅线的数量以减小主栅线和细栅线物理尺寸，从而减少遮光和降低单位银耗量。根据光伏們数 据，多主栅技术可提升约 0.2%的效率，节省正银耗量 25∼35%。 SMBB即 SuperMBB，与 MBB在串焊方面有区别。目前主要 通过丝网印刷 +多主栅技术以及减小栅线宽度来减少正银消耗量。 表 1： 多主栅技术与 HJT电池结合，电池成本为 1.657RMB/W（ 2020） 资料来源：中国可再生能源学会，浙商证券研究所整理 BOM差异 4BB 5BB MBB SuperMBB 电池浆料 350mg/pcs 300mg/pcs 200mg/pcs 120mg 单片成本 2.1￥ /pcs 1.8￥ /pcs 1.3￥ /pcs 0.72￥ /pcs 效率 22.8% 23.2% 23.8% 24.0% M2功率 /W 5.57 5.668 5.815 5.864 单 W成本 0.359￥ 0.318￥ 0.224￥ 0.123￥ 浆料成本占比 21.7% 19.2% 14.7% 7% 浆料占组件成本 14.6% 12.9% 9.9% 5% 降银二：无主栅技术为梅耶博格专利技术1.5 8  无主栅技术 ：以圆形镀层铜丝连接电池细栅 ， 汇集电流的同时实现电池互连 ， 在电池层面取消了传统的主栅 。  梅耶博格利用 “ SmartWireConnectionTechnology” （ SWCT） 技术一层内嵌铜线的聚合物薄膜覆盖在异质结电池正面 ， 其 制作的 6英寸无主栅 HJT电池效率超过 24%， 正银消耗量减少 80%， 但其设备造价昂贵 ， 电池可靠性有待验证 。 图 7： 12BB太阳电池（左图）与无主栅太阳电池（右图）示意图 资料来源 ：浙 商证券研究所整理 降银三：激光转印可降低银浆耗量 30%以上1.6 9  激光转印 ：可实现超细线宽 （ 25微米以下 ） 的金属栅线的无接触印刷 ， 在提升转换效率的同时 ， 降低银浆耗量 20%-30%。 此外 ， 激光转印采取无接触加工方式 ， 较传统丝网印刷可以 降低电池的破损率 ， 提高良率 ， 更适用于未来薄片化 、 大尺寸硅 片生产 。  激光转印技术应用前景广阔 。 在 PERC、 TOPCon、 HJT、 IBC电池中均有广泛的应用前景 ， 可配合银包铜等各种特殊浆料叠 加使用持续降本 。 表 2： 激光转印较丝网印刷降本成果显著，生产良率大幅提高 资料来源：普乐科技，浙商证券研究所整理 项目 激光转印 丝网印刷 栅线线宽 较窄，可做到 18μm以下 较宽 HJT线宽 22μm 40μm 栅线一致性 一致性、均匀性优良，误差在 2μm 一致性较差、误差较大 栅线形状 通过改变柔性膜的槽型，根据不同的电池结构，实现不同的栅线形状 不可生成设定好的形状 接触方式 非接触式 挤压式 良率 顺应硅片薄片化趋势，减少电池破损率，提升生产良率 存在隐裂、破片、污染、划伤等问题 浆料选择 可以使用银包铜、低温银浆等不同的浆料类型 - 浆料耗用量 低 高 技术路线 在 PERC、 TOPCon、 IBC和 HJT电池上都可以应用 应用受限 降银四：银包铜技术有望降低电极成本 30%1.7 10  银包铜 ：采用银包铜粉作为导电填料制备 HJT低温浆料 。 铜的导电性仅次于银 ， 价格便宜 ， 且银粉在低温银浆总成本中占比 超 98%， 根据 《 引领光伏技术新一轮革命 》 数据 ， 银包铜技术将降低电极成本 30%。 我们预计银包铜 +MBB技术有望将银 浆用量降低到 100mg/片 。 图 8： 银包铜浆料可以降低 HJT电池电极成本 30% 资料来源：浙商证券研究所整理 预计 HJT2023年单 W成本与 PERC打平 11 资料来源： Solarzoom，浙商证券研究所整理  异质结行业何时爆发？ 核心关注成本、而非效率之比！  降本方向： 1）银浆降本（银包铜 +0BB、电镀铜） 2）硅片降本（减薄 +规模效应） 3）设备降本（增大产能 +核心零部件国产） 4）靶材降本（国产化 +AZO替代） 5）提效（微晶、转光膜、膜层优化等） 1.8 表 3：预计 2023年 HJT将有望和 PERC电池成本打平 50% 7% 24% 6% 12%硅片 设备折旧 银浆 靶材 其他 2021PERC 2021TOPCon 2021HJT 2023EPERC 2023TOPCon 2023EHJT 关键技术信息 电池片效率 22.70% 23.50% 24% 23.5% 25.00% 25.5% M6每片 W数（ W/片） 6.22 6.44 6.58 6.44 6.85 6.99 电池片厚度（ um) 170 160 150 160 150 120 良率 99% 93% 98% 99% 96% 98% 电池片连接技术 9BB 9BB 9BB 12BB 12BB 12BB 关键假设 税率 13% 设备折旧期 (年） 6 电池片单 W成本测算 1.硅片成本 基于 2020年 底 价格 （假设： N型硅片溢价 8%） 基于 2020年底价格 （假设： N型硅片溢价 5%) M6硅片含税价格（元 /片） 3.25 3.5 3.5 3.25 3.3 2.7 单 W含税成本（元 /W） 0.52 0.55 0.53 0.50 0.48 0.38 单 W不含税成本（元 /W） 0.46 0.48 0.47 0.45 0.43 0.34 2.非硅成本 2.1设备折旧 生产设备价格 (亿元 /GW） 1.5 2.2 4.5 1.2 1.6 3.5 单 W折旧成本（元 /W） 0.025 0.037 0.075 0.020 0.027 0.058 2.2浆料 M6电池片银浆耗量（ mg/片） 90 140 200 70 80 110 银浆含税价格（元 /kg) 6000 6500 8500 6000 6000 6500 单 W含税成本（元 /W） 0.09 0.14 0.26 0.07 0.07 0.10 单 W不含税成本（元 /W） 0.08 0.13 0.23 0.06 0.06 0.09 2.3靶材 靶材耗量（ mg/片） —— —— 140 —— —— 110 靶材含税价格（元 /kg) —— —— 3000 —— —— 2500 单 W含税成本（元 /W） —— —— 0.06 —— —— 0.04 单 W不含税成本（元 /W） —— —— 0.06 —— —— 0.04 2.4其他成本（元 /W） 0.12 0.13 0.13 0.12 0.12 0.12 2.非硅含税成本合计（元 /W） 0.23 0.31 0.53 0.21 0.22 0.32 非硅不含税成本合计（元 /W） 0.22 0.29 0.49 0.20 0.21 0.30 考虑良率后的不含税总成本（元 /W） 0.22 0.31 0.50 0.20 0.22 0.31 与 PERC电池成本差（元 /W） 0.09 0.28 0.02 0.11 3.含税总成本（元 /W） 0.75 0.85 1.06 0.71 0.70 0.70 不含税总成本（元 /W） 0.68 0.77 0.96 0.64 0.64 0.64 考虑良率后的不含税总成本（元 /W） 0.69 0.83 0.98 0.65 0.66 0.66 与 PERC电池成本差（元 /W） 0.14 0.293 0.01 0.005 降银五：铜电镀技术采用金属铜完全代替银浆作为栅线电极1.9 12  光伏铜电镀 ：采用金属铜完全代替银浆作为栅线电极 。 赛昂电力曾采用电镀铜电极实现了效率＞ 23%的 6英寸隧道氧化物异质 结电池 。  铜电镀产业化存在一定难点： 1） 工艺流程多于丝印技术； 2） 工艺过程中涉及湿化学 ， 电池片形成组件时拉力难控制； 3） 电 镀液存在各种重金属 ， 含氮废液 、 干膜废弃物等 ， 环保成本及环评审批等问题需解决 。 若能解决以上难点 ， 铜电镀技术巨大的 成本优势将使得 HJT电池技术具有明显的竞争优势 。 资料来源： 中国可再生能源学会 ，浙 商证券研究所整理 图 9： 铜电镀技术工艺流程 图 10：电镀电极与 TCO紧密附着，接触电阻小 【 光伏铜电镀 】 降本增效，有望成为 HJT主流技术路径02 13 添加标题 光伏铜电镀已发展多年， 2023年产业化进程有望加速2.1 14 ◼ 光伏铜电镀技术已发展多年： 2004年 ， SunPower在其 Maxeon系列的 IBC电池上运用铜电镀技术； 2011年 11月 ， 日本 Kaneka公司和比利时 IMEC微电子研究中心在第 21届国际光伏科学和工程大会上展示了无银 HJT电池 ， 通过电镀铜连接 6英 寸硅基板的透明导电氧化层 ， 实现超过 21%转换效率； 2015年 11月 ， Kaneka公司宣布采用铜接触金属化的双面异质结晶硅 太阳能电池效率创纪录达 25.1%。 ◼ 2023年产业化进程加速： 2020年以来 ， 国内多家光伏 /发电企业 （ 如海源复材 、 国电投 、 隆基绿能 、 通威股份 、 爱旭股份 、 爱康科技等 ） 纷纷布局铜电镀技术 ， 并与设备公司 （ 如迈为股份 、 罗博特科 、 东威科技 、 芯碁微装 、 捷得宝 、 太阳井等 ） 进 行合作 ， 2023年产业化进程有望加速 。 资料来源：未来智库， PV-tech，投资韬略，金融界，浙商证券研究所整理 图 11：光伏铜电镀发展历程 添加标题 铜电镀替代传统丝网印刷环节2.2 15 ◼ 电镀铜工艺的基本原理： 利用电解化学反应在基体表面镀上一层金属铜膜层的方法 。 电镀铜工艺过程中发生的电解化学反应 简要概述如下：阴极反应： ① Cu2++2e-→Cu ， ② 2H++2e-→H 2阳极反应： ① Cu-2e-→Cu 2+② 4OH--4e-→ 2H2O+O2 ◼ 铜电镀： 铜电镀是一种非接触式的电极金属化技术 ， 在基体金属表面通过电解方法沉积金属铜制作铜栅线 ， 收集光伏效应产 生的载流子 。 是对传统丝网印刷环节的替代 ， 可分为 “ 种子层制备 、 图形化 、 金属化 、 后处理 ” 四大环节 。 资料来源 ：中国 可再生能源学会，浙商证券研究所整理 图 12：电镀铜工艺原理 图 13：光伏铜电镀替代传统丝网印刷环节（ HJT） 添加标题 金属铜代替贵金属银浆，助力成本下降2.3 16 ◼ 金属铜代替银浆 ， 助力成本下降 。 金属铜导电性能好 、 成本低廉 ， 是替代银进行金属栅电极化的理想材料 。 1） 导电率：银 的电导率为 6.30*10^7西门子 /米 ， 铜的电导率为 5.96*10^7西门子 /米 ， 相差不大； 2） 价格：但是铜的价格仅为银价格的 1/100， 是非常理想的替代材料； 3） 栅线宽度：铜栅线宽度可做到 20um， 相对于银栅线的 30-40um更细 ， 有助于节省浆 料 。 资料来源： Wind， CPIA，浙商证券研究所整理 图 14：与银价对比，铜价性价比高（元 /kg） 表 4：铜电镀完全摆脱银浆依赖，可显著降本（ 2021） HJT PERC 银浆 5BB 350mg/片 90mg/片 (正 ) 50mg/片 (背 ) 9BB 200mg/片 (Super)12BB 130mg/片 OMM 100mg/片 银包铜 MBB 100mg/片(银含量 ) 铜栅线 0mg/片 0 10 20 30 40 50 60 70 80 90 2,000 3,000 4,000 5,000 6,000 7,000 8,000 9,000 10,000 11,000 20 07- 10- 26 20 08- 10- 26 20 09- 10- 26 20 10- 10- 26 20 11- 10- 26 20 12- 10- 26 20 13- 10- 26 20 14- 10- 26 20 15- 10- 26 20 16- 10- 26 20 17- 10- 26 20 18- 10- 26 20 19- 10- 26 20 20- 10- 26 20 21- 10- 26 20 22- 10- 26 长江有色市场 :平均价 :白银 :1# 长江有色市场 :平均价 :铜 :1# 元 /kg 元 /kg 添加标题 金属铜代替贵金属银浆，助力成本下降2.4 17 ◼ HJT铜电镀成本显著低于传统丝网印刷： 在不考虑良率的情况下， HJT铜电镀成本将比丝网印刷成本低 0.04元 /W。 假设 HJT丝 网印刷良率为 98%，则当 HJT铜电镀良率为 78.3%时可打平 HJT传统丝网印刷成本。 ◼ 预测假设： 1） PERC、 TopCon、 HJT（丝网印刷）的耗银量分别为 91、 115、 127mg/片； 2）高温银浆价格为 4月 21日银浆 价格，低温银浆价格相较高温银浆溢价 2000元 /kg； 3）铜电镀其他材料成本、废水成本分别约 0.06元 /W、 0.01元 /W； 4） HJT（铜电镀）新增设备投资为 15000万元，折旧为 6年。 资料来源： PV-tech，上海有色金属（截止 2023,-4-21），浙商证券研究所测算 表 5： HJT铜电镀成本相对于传统丝网印刷降低 0.04元 /W 项目 PERC TopCon HJT（丝网印刷） HJT（ 铜电镀） 电池尺寸（ mm) 166 166 166 166 电池面积（ cm^2) 276 276 276 276 电池功率（ W/片） 6.37 6.89 6.97 7.04 非硅成本： 0.07 0.08 0.12 0.07 银浆成本 (元 /片 ,不含税 ) 0.07 0.08 0.12 0.00 银浆耗量 (mg/片 ) 91 115 127 0 银浆售价 (元 /kg,含税 ) 5749 5749 7749 7749 其他材料成本（铜、油墨、感光材料、电解液等） 0.06 废水成本 0.01 设备成本： 0.03 0.03 0.06 0.08 设备投资额 (万元 /GW) 15500 19000 36400 30940 其中：丝网印刷设备（万元 /GW） 2325 2850 5460 0 新增设备 (万元 /GW) 15000 设备折旧期 (年 ) 6 6 6 6 设备折旧额 (元 /W) 0.026 0.032 0.061 0.077 成本合计（元 /W） 0.097 0.115 0.184 0.147 添加标题 铜电镀兼具增效优点，实现 0.3%-0.5%的光电转换效率提升2.5 18 ◼ 铜电镀可实现 0.3%-0.5%光电转换效率提升 。 为充分收集光伏效应产生的载流子 ， 一般通过丝网印刷技术制备金属电极 ， 引 出光生电流 。 受异质结电池工艺温度的限制 ， 低温浆料的退火温度不超过 250℃ ， 电极的导电性较差 ， 电阻率约为 6~10Ω∙m， 是高温浆料的 3~6倍 ， 导致其电极功率损耗远大于常规电池 ， 而铜金属化电极具有更小的金属线电阻 1.7Ω∙m， 导电性能佳； 此外由于铜栅线相较于银栅线可以做到更细 ， 导致铜电镀的遮光损失相对较少 ， 将有效改善载流子收集；同时电镀铜电极的 内部致密且均匀 ， 没有明显的空隙 ， 可有效地降低电池电极的欧姆损耗 。 综合来看 ， 铜电镀技术相较于传统技术可以实现 0.3%-0.5%的效率提升 。 资料来源 ： Wind（截止 2023-4-21 ），浙商证券研究所整理 银栅线 铜栅线 直接材料成本低 银 ~5645元 /kg 铜 ~69元 /kg 栅线窄，高宽比高，降低 遮光面积及栅线电阻 30～ 40μm 20μm 电阻率 6～ 10Ω∙m 1.7Ω∙m 低温工艺 √ √ 效率提升 0.3%~0.5% 表 6：铜电镀相较于传统丝网印刷实现 0.3%-0.5%的效率提升 图 15：电镀电极相比丝印电极可以减少损耗 【 光伏铜电镀设备 】 铜电镀工艺流程共四步，设备市场空间大03 19 ◼ 种子层 —— 技术工艺成熟， PVD成为主流 ◼ 图形化 —— 铜电镀核心环节之一 ◼ 金属化 —— 铜电镀核心环节之二 ◼ 后处理 —— 技术工艺成熟 添加标题 工艺流程分为四步，设备市场空间较大3.1 20 ◼ 铜电镀工艺流程主要分为四步 ： 1） 种子层制备 ：为了改善金属与透明导电薄膜的接触及附着特性 ， 引入种子层 ， 增加电镀 金属与 TCO之间的附着性能； 2） 图形化 ：通过图形转移技术选择性的获得电极设计图案 ， 具体工序包括掩膜 、 曝光 、 显影 等； 3） 金属化 ：将电池片插在电解池中还原溶液中的铜离子为铜金属 ， 完成铜的沉淀 ， 是金属化的一部分； 4） 后处理 ：主 要是对感光材料和种子层的去除 ， 保证 TCO层能够露出 。 在铜电镀设备中 ， 曝光和电镀设备为两大核心设备 。 资料来源 ：浙 商证券研究所整理 设备 作用 PVD 应用于铜种子层的建立，主要厂商为迈为股份、金辰股份、捷佳伟创、理想能源、钧石能源、利元亨、湖南宏大等。 贴膜机 +真空层压机 应用于覆盖掩膜，感光材料主要有干膜、光刻胶、湿膜油墨。 曝光机 主要技术路径分为传统掩膜光刻、激光直写光刻、激光开槽，主要厂商是芯碁微装、苏大维格、帝尔激光、捷得宝、太阳井等。 显影机 应用于显影，价值量不高。 电镀机 应用于电镀，主要技术路径有水平式、垂直式、花篮式，主要厂商为罗博特科、东威科技、捷得宝、太阳井。 退膜机 应用于后处理环节中的退膜，洗去剩余感光材料层，显露出种子层 化镀锡机 应用于后处理环节中的化镀锡，防止铜氧化，延长电池寿命 图 16：铜电镀工艺流程 表 7： HJT光伏铜电镀涉及多种设备 添加标题 种子层 ——技术成熟， PVD成为主流3.2 21 ◼ 种子层制备 ：直接在 TCO上电镀 ， 镀层和 TCO间的接触为物理接触 ， 附着力主要为范德华力 ， 容易引起电极脱落 ， 且在 TCO 上电镀金属是非选择性的 ， 需在电镀之前在透明导电薄膜表面沉积种子层 （ 一般为 100nm） ， 增加电镀金属与 TCO之间的附 着性能 。 ◼ 种子层材料 ：种子层的材料可以采用金属铜 （ Cu） 、 镍 （ Ni） 、 铜镍合金进行制备 ， 超高深径比或特殊结构可能需要采用金 种子层 。 ◼ 种子层工艺 ：种子层制备方法包括物理气相沉积 （ PVD） 、 化学气相沉积 （ CVD） 、 印刷 、 喷涂等 。 目前主流方法为 PVD大 面积沉积 ， PVD技术是指在真空条件下采用物理方法将材料源 （ 固体或液体 ） 表面气化成气态原子或分子 ， 或部分电离成离 子 ， 并通过低压气体 （ 或等离子体 ） 过程 ， 在基体表面沉积具有某种特殊功能的薄膜的技术 ， 在异质结的制备过程中 ， 透明 导电薄膜和种子层的制备可以使用一台 PVD设备 ， 只需将靶材更换为金属铜 。 资料来源 ： iVacuum真空聚焦，浙商证券研究所整理 图 18：不同种子层对电池性能的影响图 17：电镀电极结构 图 19： PVD沉积过程 添加标题 图形化 ——铜电镀核心环节之一3.3 22 ◼ 图形化是核心步骤 ， 通过图形转移技术获得电极设计图案 ， 实现选择性电镀 。 具体工序包括掩膜 、 曝光 、 显影等 。 ◼ 掩膜： 主要作用是遮盖非刻蚀部分 ， 在电镀环节保护不需要被电镀的部分 。 其材料主要分为 干膜 、 湿膜 。 1） 干膜：干膜是一种高分子的化合物 ， 它通过紫外线的照射后能够产生一种聚合反应形成一种稳定的物质附着于板面 ， 从而达 到阻挡电镀和蚀刻的功能 。 干膜由于制造环节较多以及三明治结构导致材料成本不易下降 ， 成本较高 ， 不适用于光伏行业 。 2） 湿膜：湿膜是一种感光油墨 ， 对紫外线敏感 ， 并且能通过紫外线固化的一种油墨 。 由于其成本较低且栅线宽度窄的优势 ， 在 光伏行业较为常用 ， 但是由于工艺相较于干膜多了烘干 ， 因此部分情况存在着油墨残留的部分 。 ◼ 显影： 按显影效果不同可分为正负光刻胶 ， 正光刻胶是指在光刻过程中 ， 暴露在光线下的部分可溶于光刻胶显影剂 ， 而未曝 光部分仍然溶于显影剂 。 负光刻胶刚好和正光刻胶相反 ， 是指在光刻工艺中 ， 暴露在光线下的部分不溶于显影剂 ， 未曝光部 分则可以被光刻胶显影剂所溶解 。 由于正胶成本是负胶的两倍 ， 且光伏栅线要求较窄 ， 现在一般都走负胶路线 。 资料来源 ：中 微公司招股说明书，容大感光 招股说明书 ，浙商证券研究所整理 图 21：掩膜光刻过程图 20：干刻光刻胶的三明治结构 图 22：正负胶工艺流程 添加标题 图形化 ——铜电镀核心环节之一3.3 23 ◼ 曝光显影是将所需要的图形转移到感光材料上 。 目前曝光显影的工艺主要有： 1） 传统掩膜 +显影； 2） 激光直写 （ LDI） ； 3） 激光开槽； 4） 喷墨打印 ， 其中传统掩膜光刻技术中的 投影式曝光 、 激光直写技术 （ LDI） 是目前较为主流技术 。 ◼ 传统掩膜光刻技术 ：掩膜光刻 ， 由光源发出的光束经掩膜版在感光材料上成像 。 具体又可分为 接近式 、 接触式 、 投影式 光刻 。 相较于接触式光刻和接近式光刻技术 ， 投影式光刻技术更加先进 ， 通过投影的原理能够在使用相同尺寸掩膜版的情况下获得 更小比例的图像 ， 从而实现更精细的成像 。 具有设备复杂程度低 ， 产能潜力大 ， 降本空间大的优势 。 代表厂商为苏大维格 。 ◼ 激光直写 （ LDI） ： 直写光刻也称无掩膜光刻 ， 是指计算机控制的高精度光束聚焦投影至涂覆有感光材料的基材表面上 ， 无 需掩膜直接进行扫描曝光 。 目前由于介入光伏较早 ， 所以进展相较于曝光式光刻技术更快 ， 但是也存在着设备造假较贵和设 备产能提升存在局限性的问题 。 代表厂商为芯碁微装 。 ◼ 激光开槽 ：激光开槽可以省去曝光显影的步骤 ， 直接在掩膜层上形成电极设计图案 。 但是精确控制激光对 HJT掩膜开槽具有 较高技术壁垒 ， 需要在不损伤本征多晶硅层和掺杂多晶硅层的前提下打开掩膜 。 代表厂商为帝尔激光 。 资料来源：芯碁微装招股说明书，浙商证券研究所整理 图 23：光刻技术主要有掩膜光刻、激光直写 图 24：掩膜光刻可分为接近式、接触式、投影式 添加标题 金属化 ——铜电镀核心环节之二3.4 24 ◼ 金属化 （ 又称电镀 ） 是铜电镀的核心环节之一 ， 利用电解原理在某些金属表面上镀上一薄层其它金属或合金的过程 。 目前主流 的技术路线： 1） 垂直式电镀 （ 东威科技为代表 ） ； 2） 水平式电镀 （ 捷得宝为代表 ） ； 3） 插片式电镀 （ 罗博特科为代表 ） 。 ◼ 垂直电镀： 垂直电镀广泛应用于 PCB电镀铜工艺 ， 夹爪夹住阴电极 ， 竖着挂在电镀槽中进行铜电镀 。 ◼ 1） 优势：设备较为成熟 ， 头部设备厂商已有供货 。 东威科技交付客户 2台第二代光伏铜电镀设备 ， 并公告宣布第三代光伏铜 电镀设备可实现节拍为 8000片 /小时的垂直电镀技术 。 ◼ 2） 缺点： ① 产能受限：根据垂直镀的工艺流程 ， 由于受限于机械结构限制单槽夹持的电池片数目 ， 以及考虑夹住硅片并进行 上下移动的耗时 ， 垂直镀路线的产能有受限的可能； ② 均匀性：由于垂直部分溶液溶度 ， 电流大小不同 ， 电镀过程也存在均匀 性的问题 。 资料来源：专利之星，浙商证券研究所整理 图 25：垂直式电镀技术相对成熟，头部设备厂商已实现供货 添加标题 金属化 ——铜电镀核心环节之二3.4 25 ◼ 金属化 （ 又称电镀 ） 是铜电镀的核心环节之一 ， 利用电解原理在某些金属表面上镀上一薄层其它金属或合金的过程 。 目前主 流的技术路线： 1） 垂直式电镀 （ 东威科技为代表 ） ； 2） 水平式电镀 （ 捷得宝为代表 ） ； 3） 插片式电镀 （ 罗博特科为代表 ） 。 ◼ 水平电镀： 水平电镀与垂直电镀方法和原理相似 ， 都必须具有阴阳两极 ， 通电后产生电极反应使电解液主成份产生电离 ， 使 带电的正离子向电极反应区的负相移动；带电的负离子向电极反应区的正相移动 ， 于是产生金属沉积镀层和放出气体 。 1） 优点： ① 产能相对较高：由于无需手动安装和悬挂即可适应大范围的尺寸 ， 实现全自动操作 ， 因此有助于产能提升； ② 均匀 性：由于电池表面接触溶液均匀 ， 也保证了最终产品的均匀性和稳定性 。 2） 缺点：需运用毛刷使得导电滚轮和硅片的沟槽进行有效接触 ， 因此要求毛刷具备导电性佳 、 细软等特点 ， 这种材料较难获取 。 资料来源：专利之星，浙商证券研究所整理 图 26：水平式式电镀技术具备电镀均匀性好等优势 金属化 ——铜电镀核心环节之二3.4 26 ◼ 金属化 （ 又称电镀 ） 是铜电镀的核心环节之一 ， 利用电解原理在某些金属表面上镀上一薄层其它金属或合金的过程 。 目前主 流的技术路线： 1） 垂直式电镀 （ 东威科技为代表 ） ； 2） 水平式电镀 （ 捷得宝为代表 ） ； 3） 插片式电镀 （ 罗博特科为代表 ） 。 ◼ 插片式电镀： 将电池片设置在阴极导电支架上 ， 向下插入使得一个导电支撑单元位于相邻量个阳极板组件之间 。 1） 优点：电镀速率快 ， 产能高的优点 。 根据罗博特科发明专利 ， 该种电镀方式可实现双面电镀 ， 单线可做到 14000整片 /小时 ， 破片率＜ 0.02%。 2） 缺点：消耗铜离子速率较快 ， 后续可能出现铜离子能否补充到位的问题 。 图 27：插片式电镀技术具备产能高等优势 资料来源：专利之星，浙商证券研究所整理 添加标题 后处理 ——技术工艺成熟3.5 27 ◼ 后处理的主要作用是去除感光材料和种子层 ， 露出 TCO层 。 ◼ 工艺主要包括 干法 和 湿法 ：湿法蚀刻使用溶液腐蚀和刮掉表面 ， 可以快速且廉价的加工 ， 但是加工精度较低 ， 一般适用于尺 度较大 （ 大于 3nm） 的情况以及用来腐蚀硅片上某些层或用来去除干法刻蚀后的残留物；干法蚀刻不使用溶液 ， 而是使用气 体撞击基板表面进行刮擦 ， 特点是加工精度高 。 之前 ， 刻蚀后的光刻胶是用湿法完成的 ， 但是湿法很难去除刻蚀中发生变质 的光刻胶 ， 同时存在废液处理问题 ， 因此干法刻蚀去胶成为趋势 。 ◼ 蚀刻技术较为成熟 ：铜种子层的刻蚀工艺已经在半导体行业使用了几十年 ， 技术较为成熟 。 目前干法刻蚀市场占比 90%， 湿 法刻蚀占比 10%。 资料来源：中科院半导体所，半导材料与工艺，浙商证券研究所整理 图 28：后处理刻蚀工序主要用于去除感光材料、种子层 【 光伏铜电镀设备 】 2030年铜电镀设备市场空间有望达 275亿元04 28 设备空间：预计 2030年 光伏铜电镀 设备 新增市场空间有望达到 275亿元4.1 29 资料来源： CPIA，浙商证券研究所测算 表 8：预计 2030年光伏铜电镀设备新增市场空间有望达到 275亿 ， 2022-2030年 CAGR=77% 项目 2020 2021 2022E 2023E 2024E 2025E 2026E 2027E 2028E 2029E 2030E 核心 假设 光伏新增装机量 （ GW） 130 170 247 345 431 539 647 744 819 900 990 yoy 13% 31% 45% 40% 25% 25% 20% 15% 10% 10% 10% 光伏容配比 1.25 光伏组件需求 （ GW） 163 213 308 431 539 674 809 930 1023 1125 1238 产能利用率 66% 60% 60% 65% 65% 65% 70% 70% 70% 70% 70% 全球组件产能 （ GW） 246 354 514 664 830 1037 1155 1329 1462 1608 1769 N型电池渗透率 3.8% 10% 13% 18% 23% 30% 37% 45% 49% 53% 58% N型电池铜电镀占比 - - 3% 7% 14% 23% 31% 4