电气设备行业专题研究：光伏铜浆创新突破，利润空间弹性巨大

电气设备行业专题研究 / 光伏铜浆创新突破，利润空间弹性巨大 挖掘价值投资成长 / 2024年11月08日 【投资要点】 金属化降本为何选择铜浆方案？在产业链大降价及银价持续上涨背景下，电池金属化降本迫在眉睫。目前金属化降本主要包括两个方向：1）工艺端持续改进减少银浆用量，如多主栅（SMM）、无主栅（0BB） 以及网板优化等，但工艺降银存在极限；2）原材料端通过寻找新型导电贱金属替代银浆达到降本目的，包括银包铜、电镀铜和纯铜浆方案。其中银包铜并不适用于主流高温工艺，而电镀铜设备投资太大，尚不具备经济性，因此若能解决好铜氧化、烧结扩散以及附着性问题，纯铜浆或为金属化降本理想方案。 一种可能的光伏铜浆应用方案：银种子层/种子点+铜浆。根据聚和材料与COPPRINT公司在今年8月发表的论文，使用银种子层/种子点+ 铜浆双层栅线结构可以同时解决由于银耗下降带来的电阻损失以及贱金属直接与硅接触导致的高电阻率问题。双层栅线结构中，银浆因其良好的界面特性用作种子层/种子点，与硅片直接接触，而铜浆在银种子层上方，与银结合形成栅线用于电流收集与传输。根据论文实验结果，电池背面采用银种子点+铜浆的双层设计，转换效率较参考效率（银浆方案）略有提升。模拟最优情况中，双面银种子点+铜浆可将银耗降至2mg/w,并且能量损失较基准情况仅下降0.01mw/cm2. 铜浆加工费空间及企业盈利影响？根据产业反馈，铜浆应用可降本20%-60%，若取中值40%，按照目前银浆金属化成本7-8分/w测算，铜浆金属化成本4.2-4.8分/w，对应加工费约3.9-4.4分/w，利润空 间3.2-3.6分/w（包含铜粉处理环节加工费及利润），按照我们设定 的基准情况，预计2026年铜浆加工费市场空间168亿元。若某浆料龙头铜浆市占率50%，铜粉及铜浆环节利润各占50%，预计企业2026年铜浆业务利润为31.86-35.93亿元，最悲观情况（组件需求700GW，铜浆渗透率25%）下，铜浆业务可贡献8.92亿元利润。 【配置建议】 未来使用贱金属代替贵金属应用于金属化环节是大势所趋，产业反馈近期铜浆效率取得明显进步，考虑到铜浆金属化技术保密程度高，铜粉处理技术壁垒强，未来具备光伏铜浆供应能力的浆料厂较银浆将明 显减少，加工费溢价有望维持较长时间，重点推荐浆料龙头聚和材料，建议关注帝科股份和苏州固锝。 【风险提示】 铜浆技术量产不及预期； 铜粉供应能力不足； 银价大幅下跌导致铜浆成本优势下降； 铜粉售价过高影响浆料环节盈利等。 强于大市（维持） 东方财富证券研究所 证券分析师：周旭辉 证书编号：S1160521050001 证券分析师：唐硕 证书编号：S1160524090002 联系人：唐硕 电话：021-23586475 相对指数表现 17.16% 8.97% 0.79% -7.40% -15.59% -23.78%11/81/83/85/87/89/8 电气设备沪深300 相关研究 《多晶硅行业：价格向上修复，政策、行业整合和期货上市催化》 2024.10.25 《光伏产品出口月报（2024年9月）》 2024.10.22 《LFP产业链短期旺季提价，长期享受海外+储能+4C快充的结构性高增速》 2024.10.21 《锂电新技术跟踪之一：Cybertruck上量+LG松下量产，4680从1到10》 2024.10.10 《锂电行业24H1探底确认，静待回升》 2024.09.24 行业研究 电气设备 证券研究报告 2017 正文目录 1.金属化降本为何选择铜浆方案？3 2.一种可能的光伏铜浆应用方案：银种子层/种子点+铜浆6 3.铜浆加工费空间及企业盈利影响？9 4.投资建议11 5.风险提示11 图表目录 图表1：2024年10月182TOPCon电池成本构成（%）3 图表2：电阻损失、栅线宽度与银耗关系图4 图表3：银包铜粉示意图4 图表4：HJT电镀铜工艺流程5 图表5：copprint铜纳米墨水与主流厂商电子印刷浆料导电率对比6 图表6：Quokka3模拟的不同金属化设计银耗与电池转换效率关系7 图表7：银种子点+铝浆双层栅线结构设计7 图表8：TOPCon电池不同金属化设计工艺流程图8 图表9：不同金属化设计转换效率、开路电压、短路电流、填充因子对比8 图表10：不同金属化设计电流损失及银耗情况9 图表11：铜浆和银浆加工费及利润空间对比（分/w）9 图表12：铜浆加工费空间敏感性分析（亿元）10 图表13：企业铜浆业务利润空间敏感性分析（亿元）10 图表14：行业重点关注公司（截至2024-11-06）11 1.金属化降本为何选择铜浆方案？ 目前银浆成本仅略低于硅片成本，金属化降本迫在眉睫。产业链大降价叠加银价上涨背景下，硅片占电池总成本比重快速下降，银浆成本大幅攀升。目前银浆占电池生产总成本约31.97%，仅略低于硅片44.22%，电池金属化降本 迫在眉睫。 图表1：2024年10月182TOPCon电池成本构成（%） 3.40% 6.80% 3.40% 10.20% 31.97% 44.22% 硅片银浆 化学试剂电力 人工折旧 2017 资料来源：SMM上海有色网，东方财富证券研究所 电池金属化降本呈现“两大方向，多路线并存”趋势。1）工艺端：通过工艺改进减少银浆用量，如多主栅、无主栅技术以及网板优化等；2）原材料端：使用新型导电贱金属替代银浆达到降本目的，如银包铜、电镀铜、纯铜浆 方案。 对于第一种方向工艺降银，当银耗下降的同时必然伴随接触区域电阻损失提升，从而影响效率，当银耗由12-14mg/w下降至2mg/w，电池效率损失将超过6%，因此工艺降银存在极限。 2017 图表2：电阻损失、栅线宽度与银耗关系图 资料来源：《Ultra-LeanSilverScreen-PrintingforSustainableTerawatt-ScalePhotovoltaic》(YuchaoZhang等，SolarRRL，2024.8)，东方财富证券研究所 对于第二种方向，重点需要考虑替代贱金属导电性、附着性以及金属-硅接触电阻等因素。铜导电性仅次于银且价廉易得，是最有希望代替银的材料。 a)银包铜 银包铜是成熟度较高的降本路径。银包铜是通过金属铜部分替代银，用银覆盖铜。不断调整银与铜的掺杂比例，在保证光电转化效率的同时降低浆料成本。银包铜粉在高温环境下容易氧化，故难以应用于P型电池和TOPCon电池的高温银浆，只能用于HJT电池的低温银浆上。一方面低温工艺可抑制氧化，另一方面HJT细栅线承载电流较小且电池结构可抑制铜在硅中的电迁移效应。 图表3：银包铜粉示意图 资料来源：《光伏用导电铜浆行业发展研究报告》（金川科技园信息共享平台），东方财富证券研究所 b）电镀铜 电镀铜是利用电解原理在导电层表面沉积铜膜，优势在于用铜替代全部金 2017 测试 PVD镀焊接层 光再生 去感光胶 烧结 电镀铜 属银，材料价格低廉，并且可实现双面金属化；劣势在于工艺流程复杂导致前期投资成本较高以及电镀液中含有大量有害化学物质会带来环保问题。 图表4：HJT电镀铜工艺流程 双面PECVD镀a-Si膜（p/i/n） PVD镀种子层 双面PVD镀TCO膜 喷墨感光胶层 曝光、显影 清洗制绒 资料来源：《光伏用导电铜浆行业发展研究报告》(金川科技园信息共享平台)，东方财富证券研究所 3）纯铜浆方案 使用铜浆代替银浆是一种理想的取代银浆的方式，但在导电铜浆制备过程中，导电相中超细铜粉的化学性质较活泼且比表面能大，与空气接触会使铜粉表面生成一层绝缘氧化物薄膜降低其导电性，因此铜浆应用的关键在于防止铜粉在电池片生产过程中被氧化而影响导电性能。可能的解决方案包括：a)铜粉预处理，在铜粉表面形成防氧化保护层；b）丝印、烧结设备改造升级，在保护气体（氮气）或真空环境完成丝印、烧结工艺；此前，以色列copprint公司与日本拓自达电线株式会社已经开发出空气烧结铜纳米墨水用于电子领域，按照以往的方式，需要把印刷后的线路放在氢等特殊气体内加压烧结，而利用铜纳米墨水印刷的线路，仅需在普通大气环境下低温加热即可。同时铜-硅直接接触较高的电阻率以及铜在烧结过程中的扩散问题也需解决。 2017 图表5：copprint铜纳米墨水与主流厂商电子印刷浆料导电率对比 资料来源：copprint官网，东方财富证券研究所 综上，考虑到工艺降银存在极限，银包铜仅适用于HJT低温工艺，无法应用于主流高温工艺，而电镀铜设备投资太大，尚不具备经济性，因此使用铜浆替代银浆或为TOPCon金属化降本的理想方案。 2.一种可能的光伏铜浆应用方案：银种子层/种子点 +铜浆 使用银种子层/种子点+贱金属浆料的双层栅线结构可以同时解决由于银耗下降的电阻损失以及贱金属直接与硅接触导致的高电阻率问题。使用连续的银种子层+贱金属浆料可在保持电池转换效率的同时将银耗降低至4.7mg/w（银 种子层宽20-25um、高5um），如果要将银耗降低至2mg/w的目标值，银种子层线宽需做到10um，目前丝印技术难以实现。而是间断的银种子点+贱金属浆料可以在银耗降低至2mg/w条件下仍保持理想的电池转换效率。 2017 图表6：Quokka3模拟的不同金属化设计银耗与电池转换效率关系 资料来源：《Ultra-LeanSilverScreen-PrintingforSustainableTerawatt-ScalePhotovoltaic》(YuchaoZhang等，SolarRRL,2024.8)，东方财富证券研究所 双层栅线结构设计中，银浆因其良好的界面特性用作种子层/种子点，与硅片直接接触，而贱金属浆料在银种子层/种子点上方，不与硅片直接接触，与银结合形成栅线用于电流收集与传输。 图表7：银种子点+铝浆双层栅线结构设计 资料来源：《Ultra-LeanSilverScreen-PrintingforSustainableTerawatt-ScalePhotovoltaic》(YuchaoZhang等,SolarRRL，2024.8)，东方财富证券研究所 2017 图表8：TOPCon电池不同金属化设计工艺流程图 资料来源：《Ultra-LeanSilverScreen-PrintingforSustainableTerawatt-ScalePhotovoltaic》(YuchaoZhang等，SolarRRL,2024.8)，东方财富证券研究所 理想情况下，使用双面银+铜双层栅线结构银耗可降低至2mg/w，同时能量损失（powerloss）较基准情况下仅下降0.01mW/cm2。根据《Ultra-LeanSilverScreen-PrintingforSustainableTerawatt-ScalePhotovoltaic》中实验结果，在背面采用银 种子点+铜浆的双层栅线方案制备的电池转换效率较参考效率略有提升，而模拟结果显示，最优情况下，双面银种子点+铜浆的栅线结构可以将银耗降至2mg/w，并且能量损失较基准情况仅下降0.01mW/cm2。 图表9：不同金属化设计转换效率、开路电压、短路电流、填充因子对比 资料来源：《Ultra-LeanSilverScreen-PrintingforSustainableTerawatt-ScalePhotovoltaic》(YuchaoZhang等，SolarRRL,2024.8)，东方财富证券研究所 图表10：不同金属化设计电流损失及银耗情况 资料来源：《Ultra-LeanSilverScreen-PrintingforSustainableTerawatt-ScalePhotovoltaic》(YuchaoZhang等，SolarRRL,2024.8)，东方 财富证券研究所 3.铜浆加工费空间及企业盈利影响？ 根据产业反馈，铜浆量产后金属化环节可降本20%-60