光伏设备专题报告：光伏铜电镀：降本增效利器，市场向好趋势明确

仅供机构投资者使用证券研究报告 光伏设备专题报告 光伏铜电镀：降本增效利器，市场向好趋势明确 【华西机械团队】 毛冠锦：S1120523020001 2023年2月8日 请仔细阅读在本报告尾部的重要法律声明 摘要 去银化趋势下，铜电镀工艺优势凸显 电镀优势在于成本低、电池接触性能高、电池损耗率低、不易氧化等。根据我们测算：1）丝印HJT非硅成本约0.31元/W，比PERC非硅成本高出0.07元/W，电镀HJT为0.23元/W，已经基本和PERC打平。2）银耗量方面，丝印HJT电池达到0.152元/W，显著高于PERC电池0.06元 /W和TOPCon电池0.08元/W的水平，而铜电镀HJT电池浆料及其他材料成本约0.05元/W。若铜电镀量产，我们认为单瓦成本仍有进一步降低的空间：1）设备中长期来看有降本空间，降低折旧成本；2）药剂、油墨等材料也有下降空间。3）薄片化降低硅片成本。 产业化稳步推进，设备市场规模可期。海源复材、天合、通威、宝馨科技、爱旭、隆基等布局无银化技术，如海源复材在电镀铜技术已趋于成熟，降本增效比较明显，2023具备产业化，2024年开始形成规模化产能；宝馨科技铜电镀技术及设备目前已完成中试供货，同时正在量产化研发设计中。产业化推进，设备厂商率先受益，规模产业化后铜电镀设备产线投资额有望由目前的1.5-2亿元/GW降低至1-1.2亿元/GW。根据我们测算，2026年HJT铜电镀设备市场规模将达86亿元，其中曝光机和镀铜设备市场规模分别为27亿元和30亿元。 铜电镀工艺中图形化环节路线不一，电镀铜环节仍存技术难点 种子层制备中PVD制备工艺为主流：种子层制备是为了改善铜金属电极与TCO间的粘附性，常用经济效益高的铜金属。制备方法有PVD、CVD、喷涂、印刷等，其中PVD为主流方法。此外，如迈为股份已采用无种子层电镀方案，提高HJT转换效率至25.94%。 图形化工艺成熟但路线不一，选择最优路线降低成本是关键：图形化环节包括喷涂感光胶层、曝光、显影，其中主要感光材料有干膜、湿膜、光刻胶。曝光、显影环境是将图形转移至感光材料上，主流技术有普通掩膜光刻技术、激光直写技术、激光转印等，其中激光直写式光刻是铜电镀领域中的主流技术。该环节采用的曝光机为核心设备，主要布局企业有芯碁微装、苏大维格、天淮科技等。 电镀铜环节仍存技术难点待突破，设备厂商加快布局：电镀方式主要有垂直升降式电镀、垂直连续电镀及水平电镀等。其中，垂直电镀工艺更为成熟，但效率或存在瓶颈；水平电镀容易实现自动化但目前镀铜均匀性较差。电镀设备厂商主要有东威科技、捷得宝、罗博特科、钧石能源等。其中，东威科技已实现8000片/小时光伏垂直镀铜设备研发；罗博特科已完成设备内测，已发往客户端验证；钧石能源、太阳井、捷德宝电镀设备也在推进中。 投资建议：光伏铜电镀产业化加速，行业处于0-1，蕴含巨大机遇，给予行业“推荐”评级。 受益标的：东威科技、罗博特科、苏大维格、芯碁微装、迈为股份、捷佳伟创等 风险提示：铜电镀产业化进度不及预期，行业竞争加剧，数据更新不及时、测算误差等。 目录 一 金属化工艺多样，高效电池片降银需求加强 二 铜电镀：去银化趋势下的新选择-工艺&设备 三 光伏铜电镀工艺设备市场规模测算 四光伏铜电镀产业进展及主要公司介绍 五 投资建议、受益标的及风险提示 一、金属化工艺多样，高效电池片降银需求加强 3 1.1.金属化：工艺路线多样，丝网印刷是主流 金属化是光伏电池片关键工艺之一，主要用于制作光伏电池电极，将PN结两端形成欧姆接触，实现电流输出。目前光伏电池金属化环节中共有银浆丝网印刷、银包铜、铜电镀、喷墨打印、激光转印等。其中目前量产线上基本采用丝网印刷工艺，银包铜、铜电镀、激光转印等工艺仍未实现大规模产业化。 丝网印刷：利用丝网图形部分网孔透浆料，非图文部分网孔不透浆料。印刷时丝网一端倒入浆料，用刮刀实施压力并朝丝网另一端移动。油墨在移动过程中被刮板从图形部分网孔挤压到基片上。浆料的黏性作用使印迹固定在一定范围内，印刷过程中刮板和丝网印版和承印物接触，接触线随刮刀移动。当刮板刮过整个印刷区域后抬起，丝网脱离基片，工作台返回到上料的位置。丝网印刷也存在几点不足：一是容易造成污染和原料浪费，二是目前印刷精度和印刷细栅的高宽比很难再提高，但更大的高宽比金属栅极却是提高电池光电转换效率的关键环节。 在HJT电池中，由于目前低温银浆的导电性较差，因此栅线的线电阻较大（电阻率约为6~10μΩ∙cm，是高温浆料的3~6倍），需要更大的高宽比，通常需要印刷2次，印刷线印刷时的栅线对准精度很重要。 装片 烘干 背电极的印刷 （Ag浆） 翻转 烘干 正栅线的印刷 （Ag浆） 背场的印刷 （Al浆） 烘干 图表：丝网印刷工艺流程图表：丝网印刷原理示意图图表：丝网印刷设备 1.2.银耗量：HJT电池采用低温银浆，且银耗量较高 光伏电池主流技术现状：市场上主要有P型与N型太阳能电池，其中N型电池具有转换效率高、双面率高等特点，制备技术包括TOPCon、IBC、HJT。其中，TOPCon已开始大规模量产，N型HJT具有能耗少、转换效率高、双面发电等技术优势，未来渗透率有望提升。 从单瓦银浆耗量来看，HJT银耗量最高。PERC银耗量为10-15mg/W，TOPCon银耗量为10-20mg/W，HJT银耗量为20-25mg/W。HJT电池银耗量约为PERC的2倍，低温银浆占总成本约20%，占电池片非硅片成本比重近50%。 在HJT电池中，一方面异质结电池正反两面都有银电极，增加了贵金属银的用量；另一方面所使用的银浆为低温银浆，仅占银浆总供应量的2%。虽我国低温银浆正快速国产化，但低温银浆由于需同时满足印刷和固化工艺，工艺流程严苛，大部分需要从杜邦、汉高、贺利氏等海外公司进口。 目前主要有两大改进方向：1）减少低温银浆的使用量以及银粉使用量。用贱金属代替部分或全部银粉，如银包铜、电镀铜、喷墨打印等；2）提高转化率。如增加主栅数目减小主栅和细栅的宽度，增大细栅线高宽比、减少细栅线电阻率，提高电池受光面积等。铜电镀工艺完全去银化大幅降低生产成本，因此铜电镀工艺有望成为主流趋势。 图表：PERC电池成本分布 图表：TOPCon电池成本分布图表：丝印HJT电池成本分布 2% 10% 24% 64% 18% 63% 14% 5% 2% 8% 22% 68% 折旧银浆 其他成本硅片成本 折旧银浆 其他成本硅片成本 折旧银浆 其他成本硅片成本 1.2.银耗量：HJT电池采用低温银浆，且银耗量较高 根据我们测算： ； 丝印HJT非硅成本约0.31元/W，比PERC非硅成本高出0.07元/W，铜电镀HJT为0.23元/W，基本和PERC打平。 PERC、TOPCon和丝印HJT电池设备折旧分别为0.012、0.016和0.04元/W，铜电镀设备折旧约为0.05元 /W，处于较高水平。 银耗量方面，丝印HJT电池达到 0.152元/W，显著高于PERC电池0.06元/W和TOPCon电池0.08元/W的水平。 若铜电镀量产，我们认为单瓦成本仍 有进一步降低的空间： 设备中长期来看有降本空间，降低折旧成本； 模电镀液、研磨材料等也有下降空间 铜电镀是低温工艺，不影响硅片薄片 化。 图表：成本测算 1.3.银包铜&铜电镀：电池工艺升级，少银或无银化趋势加强 银包铜是为减少银浆使用量而延伸出来的工艺，利用铜代替部分银，采用化学镀技术，经过特定的成型及表面处理工艺，在超细铜粉表面形成不同厚度的银镀层，兼备银和铜的优点。 当铜粉粒径增大，铜粉分散性能更好，分散剂对银氨络离子与铜粉的接触阻碍减小，更易发生置换反应，包覆在铜粉颗粒上的银含量更高，银包铜的电阻率会减小。 当银包铜的包覆温度低于50℃时，银包铜粉的银含量增加平缓，电阻率大；高于50℃后，银含量急剧增大；当包覆温度达 到70℃左右时，银含量达到最大值。但随着温度的升高，铜粉表面会氧化阻碍银在铜表面的沉淀。 银包铜技术能够使银耗量降低，但缺点是效率无法提升，且可能会出现新的问题。1）银与铜的熔点与硬度不同，在高温情形下会出现脱银、铜氧化提高电阻等现象，所包裹的银的均匀性降低；2）丝网印刷工艺中球粉颗粒需要具有足够的过网性，这就要求铜粉的直径小于15微米，加工成本大幅增加；3）组件的质量可靠性与工艺的性能测试还有待验证。 图表：银包铜制备工艺流程 图表：不同粒径银包铜粉电阻率 图表：包覆温度对银包铜粉性能影响 1.3.银包铜&铜电镀：电池工艺升级，少银或无银化趋势加强 铜金属化电极被认为是突破丝印技术瓶颈，有助于改善载流子收集，或是太阳电池金属化终极技术。 优势：1）成本低，铜的每单位成本仅为银的1/100；2）在HJT电池中，丝网印刷工艺中使用的低温银浆成本高，且低温银浆由于烧结的温度低，导致银颗粒之间空隙较大，导致线电阻高以及电极的附着性降低，但在铜电镀工艺中采用的电镀工艺会使得电极内部紧密且均匀，提高接触性能；3）铜电极具有线宽细（可达25μm）以及高宽比更佳、线电阻低（铜栅线电阻率是1.7Ω/m，银浆的电阻率大约为5-10Ω/m）的特点，电池损耗功率相较丝网印刷工艺更低。4）与银包铜技术相比，能够缓解因银、铜熔点不同造成的脱银、氧化铜等现象。 劣势：1）工序历时时间长，工艺流程更复杂；2）所需设备数量大幅增加，设备成本高；3）增加环保成本。 对比现在主流的光伏银浆，电镀铜技术转换效率可以增加约0.3%。但电镀铜路线目前处于最优工艺路径尚未确定、设备尚 无法定型的阶段，我们预计2024年电镀铜在HJT产业链内有望量产。 图表：常见金属与TCO的接触电阻对比 图表：丝网印刷和电镀电极有望实现比 图表：丝网印刷和铜电镀电流对比 二、铜电镀：去银化趋势下的新选择—工艺&设备 9 2.1.铜电镀：主要工艺流程及设备 铜电镀是电池片电极金属化环节中降低成本、提高效率的重要技术。 铜电镀工艺流程为：1）种子层制备：具体工艺为镀种子层，主要是增加铜镀层和透明导电薄膜之间的附着力，防止电极脱落；2）图形化：具体工艺包括喷涂感光胶层，曝光、显影，显现出在感光胶上的图形；3）电镀：这是金属化的一步，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；4）后处理：主要包括去感光胶、刻蚀种子层，镀焊接层等流程，前者主要采用清洗机对残留在表面的感光胶进行处理，露出种子层，并刻蚀种子层；后者主要目的是通过电镀锡保护层，防止铜氧化，延长电池寿命。在铜电镀设备中，曝光和电镀设备为两大核心设备。 图表：铜电镀制备工艺流程图表：铜电镀主要设备 设备 作用 PVD •应用于铜种子层的建立 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 •分为传统曝光设备和直接成像设备，主要厂商是芯碁微装 显影机 •应用于显影，价值量不高，主要厂商为东威科技、芯碁微装 电镀机•应用于电镀，分为水平电镀和垂直电镀，主要厂商为捷得宝、太阳井、东威科技 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 2.2.1.铜电镀：种子层制备，通常采用PVD设备 种子层的制备是为了改善铜金属电极和透明导电薄膜（TCO）之间的粘附性以及电性能，同时防止烧结后铜向硅内部的扩散。种子层厚度约为100nm。 种子层的制备材料：金属铜（Cu）、镍（Ni）、铜镍合金、钛（Ti）、钨（W）。 所用材料需要具有不易氧化、低电阻率并与TCO膜层接触好、耐电解液腐蚀、可被刻烛工艺腐蚀的特性。其中，镍价格相对便宜，但铜具有更低的接触电阻，而钛和钨价格高经济效益不高。 种子层的制备方法：物理气相沉淀（PVD）和化学气相沉