机械设备行业周报：电镀铜开启光伏降本新路线，设备厂商率先受益

技术驱动光伏投资成本持续下行，N型电池渗透率提升 2009-2019年期间，光伏组件价格下跌了约90%，每一次技术进步都带来了光伏成本的下降；按照1%的效率提升，将带来7%的光伏全成本下降。在硅料环节、硅片环节、电池片浆料环节、组件环节都有比较明确的技术降本路线。目前在硅料价格下跌和光伏电池片由P型转向N型的环节下，整体组件价格预计在2023年亦将呈现下跌趋势。EnergyTrend预计2023年N型电池片产能将达到180GW，占比进一步提升至25.7%。 P型较N型电池浆料环节存差异，浆料成为降本重点环节 依据CPIA，2021年P型电池片银浆的消耗量为107.3mg/片；N型电池片中TOPCon（隧穿氧化层钝化接触）电池银浆消耗量为164.1mg/片，比P型电池片高53%。“去银化”一直是光伏行业长远发展的必经之路，由于N型电池较P型电池耗银量增加，低温银浆价格显著高于高温银浆。而IBC电池由于特殊的电池设计结构，银浆用量也会提升。根据CPIA数据，银浆成本占HJT电池非硅成本的59%；2021年HJT、TOPCon电池双面银浆消耗量较PERC电池分别高出93.6、48.7mg/片。电镀铜或将是“去银化”的终极路线。 电镀铜模式存在优势环节，量产玩家逐渐增多，成为浆料降本新选择 电镀铜应用于电池片金属化环节，能够替代高耗银的丝网印刷技术，比较适合应用在主要应用于光伏电池片电极金属化环节，替代现有高银耗量的主流丝网印刷技术，较为适合应用在HJT电池上。迈为股份和澳洲Sundrive公司合作的HJT项目电池转化效率已经达到了26.41%。采用电镀铜模式，可实现光伏投资成本下降2.1%-3.5%。目前包括爱旭股份、海源复材、晶澳科技、天合股份、晶科能源、爱康科技、东方日升、隆基绿能都在积极验证电镀铜技术；其中爱旭股份的非银方案已经在珠海投产，海源复材中试效果良好，且工艺趋于稳定。 电镀铜设备厂家量价齐升，享受产业趋势红利，多种产业路线竞相呈现 铜电镀工艺分为沉积种子层、图形化、电镀和后处理四部分。CPIA预测2025年全球光伏乐观装机330GW，假设电镀铜设备产线GW投资额1.2亿元，渗透率为20%，产能利用率70%，潜在电镀铜设备市场空间为112亿元。在图形化和电镀环节，存在多种技术路线。在图形化环节有掩模版曝光和激光直写LDI模式，在电镀环节有电镀和水平镀之分。 受益标的：芯綦微装，东威科技，罗伯特科，苏大维格，海源复材 风险提示：光伏下游需求不及预期，电镀铜产业化不及预期。 机械设备 1、技术驱动光伏投资成本持续下行，N型电池渗透率提升 1.1、光伏投资成本下行 2009-2019年期间，光伏组件价格下跌了约90%，2019年组件成本在0.21-0.38美元/之间，2020年以来，随着玻璃等原材料价格上涨，组件价格略有上涨。目前在硅料价格下跌和光伏电池片由P型转向N型的环节下，整体组件价格预计在2023年亦将呈现下跌趋势。 自2012年以来，复盘光伏发展的历史，经历了由单晶到多晶，由BSF到PERC再到目前的N型电池，电池片的理论转换效率也由20%上升到的28.7%，隆基的实验电池片转换效率更是创下了26.81%的新高度。每一次技术进步都带来了光伏成本的下降；按照1%的效率提升，将带来7%的光伏全成本下降。在硅料环节、硅片环节、电池片浆料环节、组件环节都有比较明确的技术降本路线。 2022年12月以来，硅料价格持续下降。据PVinfolink数据，截至到2023年1月11日，硅料价格均价168元/公斤，周环比下降22%；国内集中式PERC组件价格1.78元/w，周环比下降2.2%。 图1：晶硅电池组件价格持续下行 1.2、N型电池渗透率提升 集邦咨询旗下新能源研究中心集邦新能源网EnergyTrend预计2023年N型电池片产能将达到180GW，占比进一步提升至25.7%；从目前公布的项目来看，2023年Topcon产能可达100GW，占N型总产能的56%；HJT电池片2023年产能约47.5GW，占N型总产能的26%；，预计2023年XBC合计产能约32GW，占N型总产能的18%； 电池片转换效率方面，当前TOPCon实验室转换效率都超过了25%，头部企业量产平均效率都突破24%，比PERC+平均高0.5~0.8%。隆基实验最高的HJT电池片转换效率26.81%；国外IBC电池引领者SunPower最新一代的Maxeon 6，量产转化效率已突破25%。 隆基绿能总经理表示，26%到27%的商业化量产转换效率，基本上会成为单结晶硅电池的极限效率，在下一代的技术过程中，双结技术还会有一定的发展空间，在硅电池上再长一层薄膜电池，理论上可以实现41%的转换效率。隆基将设定一个十年的目标，希望到2030年左右，能够通过双结电池把光伏发电的量产效率超过30%。 图2：各类光伏电池技术平均转化效率将持续提升 2、P型较N型电池浆料环节存差异，浆料成为降本重点环节 N型电池与P型电池的区别在于原材料硅片和电池制备技术不同。P型电池片采用的P型硅片是掺杂硼元素制成的。N型电池片是在硅片中掺杂P元素制成的。 按照银浆的技术路线分类，分为高温银浆及低温银浆。高温银浆主要应用于P型电池及N型TOPCon电池。HJT电池非晶硅薄膜含氢量较高，要求生产环节温度不得超过250℃，即要采用低温银浆。 依据CPIA数据，2021年P型电池片银浆的消耗量为107.3mg/片；N型电池片中TOPCon（隧穿氧化层钝化接触）电池银浆消耗量为164.1mg/片，比P型电池片高53%；而异质结（HJT）电池银浆的消耗量为223.3mg/片，比P型电池片高108%。 目前低温银浆的价格高昂，制造成本约为0.08美元/W，而P型PERC电池所用的高温银浆成本不到0.02美元/W，银浆用量大、价格贵是异质结电池成本高的原因之一可见，在P型转向N型的过程中，降低银耗显得尤为迫切。光伏浆料的性能及其对应的电极制备工艺直接影响电池光电转换效率以及组件的输出功率。CPIA预测，PERC/TOPCon/HJT电池银浆耗量年均下降2.53%、2.69%、4.91%计算，测算得出2025年光伏银浆需求量为8248吨，2020-2025年CAGR为22.50%，其中低温银浆需求量为1625吨，占总需求量比重将达到27.5%，2020-2025年CAGR为80.19%。 表1：N型电池片耗银量明显高于P型 “去银化”一直是光伏行业长远发展的必经之路，由于N型电池较P型电池耗银量增加，低温银浆价格显著高于高温银浆。而IBC电池由于特殊的电池设计结构，银浆用量也会提升。根据CPIA数据，银浆成本占HJT电池非硅成本的59%；2021年HJT、TOPCon电池双面银浆消耗量较PERC电池分别高出93.6、48.7mg/片。 就HJT而言，其中单单银浆部分，HJT电池的单瓦成本就比TOPCon电池高了8分。银浆占HJT电池成本20%左右，非硅成本的40%左右。银浆是HJT电池降本空间最大、最关键的部分，而电镀铜就是“去银化”的终极路线。 3、硅料电镀铜模式存在优势环节，量产玩家逐渐增多，成为 浆料降本新选择 3.1、电镀铜的玩家逐渐增多 电镀铜应用于电池片金属化环节，能够替代高耗银的丝网印刷技术，比较适合应用在主要应用于光伏电池片电极金属化环节，替代现有高银耗量的主流丝网印刷技术，较为适合应用在HJT电池上。迈为股份和澳洲Sundrive公司合作的HJT项目电池转化效率已经达到了26.41%。 目前包括爱旭股份、海源复材、晶澳科技、天合股份、晶科能源、爱康科技、东方日升、隆基绿能都在积极验证电镀铜技术；其中爱旭股份的非银方案已经在珠海投产，海源复材中试效果良好，且工艺趋于稳定。对标以往的电池银浆，采用电镀铜工艺技术，成本可以降低50%左右，转换效率可以增加约0.3%。设备厂家方面，宝馨科技透露，计划继续推进湿制程设备的生产制造及研发升级，重点就电镀铜设备在异质结电池领域的应用积极开展验证与提升；东威科技表示光伏镀铜设备已完成样机交付，并与终端客户做了中试线；罗伯特科的电镀铜设备已经取得设备交付。 就目前布局玩家来看，电镀铜技术已经进入到中试验证阶段。 图3：迈为股份/sundrive合作HJT电池效率逐步提升 3.2、电镀铜工艺趋于成熟 铜电镀工艺分为沉积种子层、图形化、电镀和后处理四部分。 （1）沉积种子层：如果直接在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。 （2）图形化：目的是显现出栅线图形的导电部分和非导电部分。使用感光材料将HJT电池覆盖住，通过选择性光照，使得不需要镀铜的位置感光材料发生改性反应，而需要镀铜的位置感光材料不变，不变的改性材料在显影的步骤会被去除，在电镀时发生导电，而其他位置不会发生铜沉积。如果采用激光LDI刻写，则不需要掩膜直接刻写形成需要的图形。 （3）电镀：浸泡在电镀设备的硫酸铜溶液中，通电进行电解，导电的部分沉积形成铜电极。目前电镀环节有挂镀、水平镀和其他电镀模式。 （4）后处理：洗去剩余的感光油墨，刻蚀掉剩余的种子层，电镀锡抗铜氧化。 图4：电镀铜工艺置于TCO镀膜和烧结工艺中间 目前电镀铜产线的设备投资额较高，达到了2亿元/GW，设备投资额较高；传统的丝印设备整条HJT的产线才4亿元，远低于电镀铜产线的设备投资额。 电镀铜金属化生产环节的成本约为约为0.1元/瓦左右，包括设备投入和折旧、使用辅材、化学药品、水电费、人工成本等。其中设备成本和掩膜耗材成本各占30%和20%，原材料铜比较廉价约占10%，其他包括铜种子层、显影液和清洗液。 表2：异质结电池中电镀铜较银浆模式存在成本优势 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3~10 μΩ∙cm，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。铜金属化电极具有更好的塑性、更小的金属线电阻、更少的遮光损失。这使得相较银浆的电池片，效率提升0.3-0.5%，按照效率提升1%光伏投资降本7%计算，采用电镀铜模式，可实现光伏投资成本下降2.1%-3.5%。 4、电镀铜设备厂家量价齐升，享受产业趋势红利，多种路线 竞相呈现 4.1、电镀铜设备市场空间广阔 按照电镀铜工艺的主要环节梳理，种子层沉积的主要设备为PVD设备，在图形化环节的主要设备是曝光机；在电镀环节的主要设备是电镀机；据东威科技透露，目前1GW的电镀机投资额约为5000万。全球光伏介绍目前曝光设备价值量为3000-5000万/GW。整线投资额目前为2亿元/GW，单GW投资额较高。随着设备量产化，单GW的设备投资额将下降。CPIA预测2025年全球光伏乐观装机330GW，假设电镀铜设备产线GW投资额1.2亿元，渗透率为20%，产能利用率70%，潜在电镀铜设备市场空间为112亿元。 4.2、电镀铜技术存在多种技术路线 由于电镀铜目前处于商业化前夕，技术路线存在多种选择。（1）在图形化环节，光伏行业早期使用的曝光机属于UV光源的曝光，需要掩膜作为图形化辅助成形。 在半导体或PCB行业里，曝光机比较常见，光伏行业早期已有一些电镀线使用曝光机，但UV曝光机相对效率较低。目前LDI激光直写的成为一种图形化选择方式，由于在感光层直接采用激光直写的模式，其效率更高，但对于精度要求更高。这种方式更适用于量产，对研磨材料的友善度也更高。 图6：直写光刻设备无需掩模版 图7：直写光刻对于运动控制精度要求较高 （2）电镀机：链式和挂镀的差异较大。链式更适合量产，其具有独特的电机设计，设备厂商需要攻克一些技术瓶颈。国内捷德宝一直在进行水平链式电镀机的推广。实现链式较为困难，相对挂镀较为容易实现。光伏行业挂镀设备能够参照PCB行业的挂镀设备设计工艺，国内目前东威科技以挂镀为主。 5、