光伏设备系列报告1：电镀铜技术有望逐渐产业化，开启无银时代

投资建议：铜电镀技术有望逐渐产业化，预计23年完成中试线验证，24年量产。图形化设备推荐迈为股份、帝尔激光等，受益标的芯碁微装、苏大维格等；电镀设备受益标的东威科技、罗博特科等。 电镀铜技术路线是对传统丝网印刷环节的替代，可以分为“种子层制备+图形化+金属化+后处理”四大环节。1）种子层制备：PVD和CVD主要区别体现在工艺温度上，PVD对工艺温度要求较低（500℃或更低），为目前主流方案；2）图形化：光刻路线和激光路线并行，主流工艺仍在探索，其中湿膜+直写光刻有望突出重围；3）金属化：垂直镀技术成熟但产量受限，水平镀有望助力产能放量；4）后处理：包括刻蚀和去膜，整体工艺难度不大。 电镀铜技术蓄势待发，产业化推进有望打开市场空间。估计目前设备单GW价值量在1.5-2亿（PVD约4000万元，曝光机约4000万元，电镀机约5000万元，其他设备约4000万元），量产情况下预计单GW设备价值量下降至1.1亿元左右。至2025年保守/乐观情况下，我们预计电镀铜路线设备整体市场空间分别为17.8/43.6亿元，对应当年新增市场空间为12.6/31.0亿元。 从经济性角度看电镀铜技术：仅考虑折旧+银浆成本，1）短期：在考虑新增设备对应折旧与电镀铜本身工艺成本的情况下，根据我们测算，现阶段电镀铜路线预计较传统HJT丝网印刷路线节约0.044元/W（不考虑良率）；考虑良率的情况下，预计电镀铜工艺良率约提升至80%和丝网印刷成本打平；不考虑良率的情况下，现阶段电镀铜路线成本（0.182元/W）略低于激光转印路线成本（0.189元/W），具备经济性优势；2）长期：我们认为电镀铜技术较传统丝网印刷方案仍具备经济性，在假定银浆售价（8500元/kg）以及电镀铜工艺成本（0.08元/kg）不变的情况下，据我们测算，即使银浆耗量下降30%（约95mg/片），现阶段电镀铜方案仍能与传统方案成本打平；而当银浆耗量下降40%（约81mg/片）时，电镀铜新增设备投资额下降30%（约1.2亿元/GW）时，电镀铜方案与传统方案成本依旧可以基本打平。 风险提示：技术产业化进度不及预期、市场竞争加剧、宏观经济和行业波动 1.N型电池加速渗透，电镀铜技术或助力“去银“降 本 1.1.长期看好HJT，降低银耗迫在眉睫 N型电池渗透加速，预计至2025年市占率接近半成。根据PV infolink，预计至2025年，以HJT和TOPCon为代表的N型电池市占率将接近50%，而在2022年N型电池的市占率预计不超过10%。根据SMM统计（截至2022年11月），至2023年底Topcon电池产能预计达305.9GW（年新增产能将达到228.5GW）；2023年HJT新增规划投产为61.8GW，若按照规划全部达产后，2023年HJT产能将达到101.2GW。 图1：N型电池预计至2025年市占率接近50% N型电池效率优势明显，短期HJT、TOPCon、IBC多技术并存，中长期看好HJT。HJT电池较PERC电池的优势体现在更高的效率上限，自2021年9月起各厂家不断突破HJT电池实验室效率上限，根据2022年12月15日隆基绿能的公告，公司HJT电池实验室效率达26.56%，至理论极限28.5%仍有不小空间。另外同属N型电池，HJT电池较TOPCon电池工序步骤更少，对应良率上限更高。我们认为，虽然现阶段HJT高额的设备投资造成部分厂家的观望，伴随PERC效率逐渐达到瓶颈以及降本路线的逐渐落地，各厂家或加速扩产，助力HJT电池产能放量。 图2：N型电池效率上限更高，各技术互有优劣 图3：N型电池实验室效率不断被刷新 现阶段HJT电池面临银浆耗量大+价格贵的问题。根据CPIA，2021年M6尺寸P型电池平均银浆（正银+背银）耗量96.4mg/片；TOPCon电池正面使用的银铝浆（95%银）消耗量约75.1mg/片；异质结电池双面低温银浆消耗量约190.0mg/片，异质结电池总的银耗量同比减少14.9%，超过P型电池同比下降10.2%，但总耗量仍是P型电池的2倍。此外，N型电池所用银浆国产化程度产生较大分歧，区别于P型PERC和TOPCon电池可以使用高温银浆，HJT电池通常只能使用低温银浆（烧结温度250℃以下），而低温主栅银浆国产率在10%左右，细栅用银浆全部依赖进口（日本京都电子、德国汉高公司、美国杜邦公司等市占率超80%）， 造成卖方溢价 。 另外 ， 采用低温银浆还存在印刷速度低（250~280mm/s，对比PERC350~450mm/s）和线型宽（38~42um，对比PERC22~26um）的问题，进一步制约了HJT电池的量产商用化。 表1：HJT电池银耗约是PERC电池的2倍（2021年） 拆解电池成本，银浆占电池片总成本13%，占非硅成本51%。根据SOLARZOOM新能源智库，我们对M6尺寸N型HJT电池片成本进行拆解，部分假设略作修正：进口低温银浆价格约8500~9500元/kg（国产化后市场价格区间在6500~7500元/kg），我们取银浆价格8500元/kg，假设22年银浆消耗量在21年基础上再下降30%左右，取135mg/片；靶材价格按2000元/kg估算；M6尺寸硅片按6.35元/片估算，按6.89W/片折算（25%转换效率）。 表2：拆解电池成本：银浆占电池片总成本13%，占非硅成本51% 目前，降低银耗的路径包括多主栅（MBB）技术、激光转印技术、低温银浆国产化、银包铜技术和电镀铜技术。在考虑仍使用银粉作为原材料的路线中，银包铜技术（降低银耗）、多主栅技术和激光转印（总串联电阻降低+栅线面积减小→降低银耗+提高效率）、外加银粉国产化可以实现并联，预计总体降本60~70%。银包铜技术虽然能够降低含银量，但该降低有所上限，且同样会降低部分效率（约在0.2%以内），从而在总效益提升上不明显。而电镀铜技术与上述路线并行，旨在直接摆脱银浆的依赖，有望在降低银耗的同时提升效率。 图4：低温银浆提效降本路线图 1.2.电镀铜技术有望助力HJT电池降本增效 电镀技术是利用电化学方法在导电固体表面沉积一层薄金属、合金或复合材料的过程。电镀铜技术属于一种特殊的电解过程，利用电解原理在导电层表面沉积铜，主要基于种子层栅线的方法替代丝网印刷制作电极，一般使用含银的电镀液，再用铜镀层，从而减少银浆用量，或者用铜镀层完全代替银浆，使成本更具有竞争力。 图5：电镀铜工艺原理 图6：电镀铜技术助力N型电池减少银浆用量 铜作为银的“替身使者”，性价比更高。相比较银栅线，铜栅线的电阻率要高3倍左右（铜栅线电阻率在1.7μΩ.cm，而银在3~10μΩ.cm），而低接触电阻的金属栅极是发挥高效异质结电池光电转换效率的重要途径。 另外，单从价格上更进一步体现铜栅线的优势，铜价格约60元/kg，约是银栅线的十分之一（约6000元/kg），若考虑低温进口银浆（8500~9500元/kg），这一价格优势将更加明显。 图7：电镀铜兼具线宽窄+高导电性的优势 图8：铜栅线较银栅线更细 电镀铜技术不光可以摆脱银浆降本，还可以助力提升效率。根据光伏行业报告显示，2021年丝网印刷工艺下银栅线宽度控制在平均27μm左右（市场主流的主栅数量是10BB及以上），随着银浆技术的创新和印刷技术的提升，预计至2022年底细栅或将下降至20μm。相比于银栅线，铜栅线宽度更细（超细线宽可以实现≤10μm），更细的栅线宽度可以减少占用电池片的面积，从而达到增加发电效率的效果。 表3：电镀铜技术可以实现降本+提效 污染物处理+产能受限，电镀铜技术距离商业化还需时日。1）考虑到光伏产能很大，外加有些物质比较难以处理（比如干膜或者油墨都是有机污染物），环保上需要另外投入以满足国家标准。2）电镀铜工艺流程比传统的丝网印刷工艺更长，为此需要额外投入更多的设备成本及人力成本，以迈为的丝网印刷设备为例，一台机器就可以实现8000-10000片（对应1GWh）的印刷，而目前以采用水平镀工艺的单台电镀设备产能还未达到GW量级。 2.“种子层制备+图形化+金属化+后处理”四大环节 构建整套工艺 电镀铜技术路线是对传统丝网印刷环节的替代，可以分为“种子层制备+图形化+金属化+后处理”四大环节。以HJT电池为例，为了实现铜电镀，即金属化，首先需要在TCO膜之后镀一层金属（如铜）种子层；再将感光胶膜（如光刻胶、油墨等）贴敷在种子层上作为图形化前期准备，随后采用曝光、显影处理；再使用电镀工艺加厚种子层；最后再去掉掩膜及种子层；电池正反两面均需重复此项操作， 图9：电镀铜技术路线分为“种子层制备+图形化+金属化+后处理”四大环节 图10：电镀铜工艺路线示意图（以HJT电池为例） 涉及电镀铜技术的厂商可以分为深耕光伏领域设备商的前瞻布局+细分环节龙头厂商的横向拓展。目前，捷得宝、金石能源和迈为股份涉及电镀铜整线的布局，种子层环节布局多以电池片设备厂商为主；图形化环节多方案并行，各家厂商（芯碁微装、苏大维格、帝尔激光等）进展不一；电镀环节工艺主要在水平镀（捷得宝、宝馨科技等）和垂直镀（东威科技等）两大路线中抉择。 表4：国内布局电镀铜技术的主要厂商 2.1.种子层制备：PVD对工艺温度要求较低，为目前主流方案 电镀铜路线的第一步是种子层的制备，用来增加电镀铜与TCO层之间的附着力。若直接在TCO上进行电镀，会因为附着力是范德华力（镀层和TCO间的物理接触产生）而容易引起电极的脱落，而铜与TCO的接触特性是影响HJT电池载流子收集、附着特性及电性能提高的重要因素，另外直接在TCO上电镀铜是非选择性的。为此，在电镀前在TCO表面沉积一层极薄的种子层（ 100nm ），可以改善铜和TCO接触及附着特征，随后沉积图形化的掩膜，以实现选择性电镀。 图11：HJT电池电镀电极结构 在种子层制备方式上，包括物理气相沉积（PVD）和化学气相沉积（CVD）等。物理气相沉积是在真空或低压气体放电条件下（即在等离子体中进行的），经过“蒸发或溅射”后，在物体表面生成与基材料性能完全不同的新固态涂层过程；而化学气相沉积则是把含有构成薄膜元素的气态反应剂或液态反应剂的蒸气及反应所需其它气体引入反应室，在衬底表面发生化学反应生成薄膜的过程。 图12：真空蒸发镀膜原理 图13：溅射镀膜原理 PVD和CVD主要区别体现在工艺温度上，目前主流方法为PVD制备。 CVD对工艺温度要求较高（炉内温度在800~1000℃），并且在高温条件下镀层结合强度会更强，相比较而言，PVD对工艺温度要求较低（500℃或更低）。此外，PVD和CVD在适用范围、镀膜效果、投资成本和生产周期方面各有千秋，以PVD为例，其设备投资较贵，但对应生产周期更短；镀膜可以做到更薄（3~5μm），但涂层结合强度会更低。 表5：PVD和CVD工艺对比：目前PVD为主流 种子层也起到阻挡层的作用，一般选择导电性能良好的镍。以TOPCon电池为例，晶硅电池若采用铜电极的挑战在于铜在硅基内的扩散速度很快，若不加以控制，会导致晶硅电池的失效，造成转换效率大幅降低，因此需要合适的扩散阻挡层（种子层）来阻挡铜离子进入晶硅内部。镍由于与铜在晶硅内部的沉淀规律不同（在硅基内部扩散的量较少），都处于硅基表面，且镍与硅在370℃的退火温度下就可以形成良好的硅镍合金，因此镍是作为种子层较好的材料。相比较而言，HJT电池最外层的TCO是天然的阻挡层材料，因此HJT电池电镀铜工艺也可以选择不制备种子层，但如何保证铜与TCO的有效欧姆接触也是问题（TCO不耐高温）。2022年9月，迈为股份联合澳大利亚金属化技术公司SunDrive采用迈为自主创新的可量产微晶设备技术和工艺研制的全尺寸(M6，274.5cm ²)N型晶硅异质结电池，其转换效率高达26.41%，而在电池的金属化方面，SunDrive优化了其无种子层直接电镀工艺，使电极高宽比得到提升（栅线宽度可达9μm，高度7μm）。 表6：布局种子层制备环节的厂商进展 2.2.图形化：光刻路线和激