光伏铜电镀行业深度报告：降本增效蓄势待发，铜电镀产业化进程加快

【光伏铜电镀行业深度报告】降本增效蓄势待发，铜电镀产业化进程加快证券研究报告|行业深度报告2023年02月17日机械行业首席分析师张一鸣邮箱：zhangyiming@gszq.com执业证书编号：S0680522070009研究助理邓宇亮邮箱：dengyuliang@gszq.com执业证书编号：S0680121090003打造极致专业与效率 21HJT有望成为下一代电池片主流技术目录CONTENTS铜电镀制备工艺与市场规模：图形化设备为核心设备23铜电镀降本增效优势明显，或为HJT产业化的必经之路核心标的：芯碁微装、苏大维格、罗博特科4 3HJT优势明显，有望成为下一代电池片主流技术HJT优势众多，潜力大。➢HJT优势一：避免LID光致衰减和PID电位诱导衰减。光伏组件的衰减越少，发电效率越高，能够高效使用更长时间。➢HJT优势二：低温度系数、输出效率稳定。HJT电池温度系数优于PERC、TOPCon，输出功率相比较起来更加稳定。现阶段，PERC电池温度系数通常为-0.45%~-0.35%/°C，TOPCon电池温度系数通常为-0.29%~-0.28%/°C，而HJT电池温度系数一般为-0.25%~-0.2%/°C，意味着在大于25°C的条件下，环境温度每升高1°C，HJT组件的输出功率降低基准值的0.25%~0.2%，在高温运行中比PERC电池和TOPCon电池的输出功率更稳定。➢HJT优势三：转换效率高。HJT转换效率高，不论是实验室效率还是量产效率，均已高于相应产线上PERC和TOPCon的最高转换效率。➢HJT优势四：结构对称、双面率高、低温工艺，适合薄片化发展。HJT电池在单晶硅片两面分别沉积氢化本征非晶硅薄膜、掺杂层、TCO与电极，具有双面对称性，使得制备过程中的机械应力减小，硅片的碎片率更低；同时，HJT电池双面率更高，可达90%以上，相较于双面率为70%-80%左右的PERC和TOPCon，具有天然的发电优势；此外，由于HJT采用200°C以下的低温制备工艺，能够减少高温带来的硅片的热形变，使得薄片化电池的良品率更高，因此更适合薄片化发展。PERC+SETOPConHJT硅片类型P型N型N型转换效率量产24%左右实验室最高24.5%（天合光能）量产24-25%实验室最高26.1%（晶科能源）量产24-25.05%实验室最高26.81%（隆基绿能）工序数量及温度10步，高温工艺11步，高温工艺4步，低温工艺（200°C）组件衰减存在LID、PID、LETID衰减，首年衰减2%,10年后剩余80％左右LID、PID及LETID为零，首年衰减1%,10年后剩余90%左右LID、PID及LETID为零，首年衰减1-2%,10年后剩余90%左右双面率已达82.15%（隆基）已达85%已达95%设备投资（亿元/GW）1.2-1.51.5-1.84-4.5资料来源：数码器材库，中证报，全球光伏，光伏家，国际太阳能光伏，界面新闻，享迎，全网综合能源，集邦新能源网，国盛证券研究所图表2：不同类型电池片的比较分类电池片/组件技术路径公司名称效率量产线电池片效率PERC电池片横店东磁24.01%TOPCon电池片晶科能源25.00%HJT电池片迈为股份25.05%组件效率PERC组件隆基绿能22.38%TOPCon组件晶澳科技22.40%HJT组件华晟新能源23.00%实验室电池片效率PERC电池片天合光能24.50%TOPCon电池片晶科能源26.10%HJT电池片隆基绿能26.81%组件效率PERC组件天合光能23.03%TOPCon组件天合光能24.24%HJT组件金石能源24.46%图表1：国内光伏企业PERC、TOPCon、HJT电池片、组件的效率最高产品资料来源：浙江新闻，美通社，金融界，光伏见闻，国际太阳能光伏网，索比光伏网，北极星太阳能光伏网，全国能源信息平台，公司公众号，国盛证券研究所 4HJT优势明显，有望成为下一代电池片主流技术HJT与钙钛矿叠层电池或将成为光伏电池片终极技术，而HJT是走向终极技术的必经之路。➢HJT与钙钛矿叠层电池转化效率更高，理论最高转换效率有望超过40%。➢HJT与钙钛矿均为低温工艺，二者工艺更加适配。钙钛矿需要低温工艺，制备过程不得超过150-200°C，温度过高会对电池造成损伤，TOPcon采用高温银浆是高温工艺，温度至少在500°C以上，而HJT采用200°C以下的低温制备工艺，与钙钛矿更加适配。➢HJT叠层钙钛矿是加分项，TOPcon叠层钙钛矿是加分项的同时也是减分项。HJT的上表面为TCO层，是良好的导电材料，叠层钙钛矿时可以在HJT的TCO层上直接叠加，将HJT与钙钛矿导通，设备端甚至可以集成，工艺路线高度相融；而TOPcon电池的上表面为氮化硅材料，氮化硅导电性能弱，如果叠加钙钛矿，需要避免使用氮化硅，这将大幅更改工艺路线，提升制备的难度，同时氮化硅能够提升TOPcon的光吸收率，如果将TOPcon的氮化硅去掉，将降低TOPcon的转换效率。图表3：TOPCon电池基础结构示意图图表4：HJT电池基础结构示意图资料来源：智汇光伏，全球光伏，国盛证券研究所TCOTCOp-α-Si:H(p型氢化非晶硅层)n-α-Si:H(n型氢化非晶硅层)N-单晶硅片i-α-Si:H(氢化非晶硅层) 51HJT有望成为下一代电池片主流技术目录CONTENTS铜电镀制备工艺与市场规模：图形化设备为核心设备23铜电镀降本增效优势明显，或为HJT产业化的必经之路核心标的：芯碁微装、苏大维格、罗博特科4 6高成本是限制HJT大规模扩产的主要因素HJT投资成本高于TOPcon，而HJT的转换效率与TOPcon差距不大，这是目前限制HJT大范围量产的主要原因。➢建设HJT产线的成本较高，单GW产线设备投资额为3.5-4亿元。HJT产线与现有PERC产线不兼容，只能新建生产线，目前单GW的HJT产线设备投资额约3.5-4亿元，达PERC的3倍以上，PERC单GW设备投资额为1.2-1.5亿元，TOPcon单GW设备投资额为1.5-1.8亿元。➢目前HJT转换效率与TOPcon差距不大。从实验室效率来看，HJT最高转换效率为26.81%（隆基），TOPcon为26.10%（晶科），从量产线转换效率来看，HJT最高转换效率为25.05%（迈为），TOPcon为25.00%（晶科），二者差异不大。低温银浆为HJT降本关键。HJT非硅成本占比达51%，PERC仅为42%，HJT电池非硅成本中，银浆成本占比高达59%。➢低温银浆价格较贵。PERC与TOPCon电池制备均采用高温银浆，而HJT使用低温银浆且为双面结构，正反面均需银浆，低温银浆相较于高温银浆，国产化率低，价格偏高，HJT电池使用的低温银浆较高温银浆溢价为2000元/千克，目前低温银浆均价在6000元/千克以上。➢低温银浆电阻率较高。由于现有异质结生产工艺中使用的并非是纯银，而是由银粉与有机载体形成的混合物银浆，电阻率高于纯银，且其中含有的不导电的有机物固化后附着在电池片表面会进一步提高电阻率，使得银浆的电阻率在5-10Ω/m。➢低温银浆的栅线线宽不够细。银浆的流动性会使栅线向两边塌陷，使得传统丝网印刷银栅线的线宽被限制在30-40μm。➢低温银浆的栅线平整度不够。由于银栅线采用印刷工艺，难以避免栅线表面形成的凹凸坑洼以及扩散现象。图表5：不同类型电池投资成本图表6：不同类型电池银浆耗量00.511.522.533.544.5HJTPERCTOPCon投资成本(亿元/GW)020406080100120140160180HJTPERCTOPcon银浆耗量（mg/片）资料来源：索比光伏网，国盛证券研究所资料来源：PVInfoLink，国盛证券研究所 低温银浆+丝网印刷铜电镀主要原材料成本主栅正面银浆5797.00元/千克细栅正面银浆6499.00元/千克（截至2022.12.09）电解铜66.95元/千克（截至2022.12.09）电阻率银浆5-10Ω/m铜栅线1.7Ω/m线宽30-40um≤20um效率提升-0.3-0.5%铜电镀降本增效优势明显，或为HJT产业化的必经之路数控4-5轴➢提效方面：纯铜栅线保证高导电性，低线宽减少功率损耗。转换效率方面，采用铜栅线工艺的电池电阻率更低、栅线线宽小，且栅线平整度高，整体的电池转换效率比原有银栅线提高约0.3%~0.5%，具有效率优势：1）纯铜电阻率低于银浆：由于现有异质结生产工艺中使用的并非是纯银，而是由银粉与有机载体形成的混合物银浆，电阻率高于纯银，且其中含有的不导电的有机物固化后附着在电池片表面会进一步提高电阻率，使得银浆的电阻率在5-10Ω/m。而电镀铜工艺中使用的铜栅线为纯铜，纯铜的导电率仅次于纯银，且远远超过其它所有金属，制成铜栅线后电阻率为1.7Ω/m，导电性优于银浆栅线。2）铜电镀线宽更小：银浆的流动性会使栅线向两边塌陷，使得传统丝网印刷银栅线的线宽被限制在30-40μm。电镀铜工艺中，在铜进行沉积时，会有研磨形成的图形来紧紧限制铜的宽度，可以使铜栅线保持良好形貌，线宽可以做到15-20μm（精度高的甚至达到5-10微米）。铜栅线的最小线宽减小，使栅线密度提高，可以较大程度地减少横向电流功率损耗和细栅线遮光功率损耗，从而减少电极引起的总功率损耗，入射光利用率提高。3）铜电镀平整度更高：由于银栅线采用印刷工艺，难以避免栅线表面形成的凹凸坑洼以及扩散现象。铜栅线为沉积形成，平整度显著提高，且避免了扩散，对电池性能影响较小。7图表7：低温银浆丝网印刷与铜电镀对比图表8：铜栅线和银栅线形貌铜栅资料来源：SPIC，国盛证券研究所资料来源：世纪新能源网，产业调研，上海有色网，全球光伏公众号，腾讯新闻，国盛证券研究所 铜电镀降本增效优势明显，或为HJT产业化的必经之路数控4-5轴➢降本方面：电镀铜技术使用金属铜代替全部的金属银，铜材料价格低廉，并且双面金属化可以同时完成，电镀铜技术的应用可以在银包铜技术路径的基础上，进一步降低异质结电池成本。传统HJT丝网印刷工艺的成本为0.271元/瓦，而HJT铜电镀工艺的成本为0.135元/瓦，HJT铜电镀单瓦成本相比较于传统丝网印刷工艺降低50%左右。8传统HJT丝网印刷成本理想状态下HJT铜电镀成本效率25%25.2%功率（瓦）5.515.56物料成本（元/瓦）浆料0.21600.0000PVD铜0.00000.0200网版0.01100.0020药液0.00000.0180掩膜（湿膜印刷）0.00000.0450直接人工与制造费用（元/瓦）人工0.00280.0028能耗0.02200.0110折旧0.01900.0360综合成本0.27100.1350图表9：HJT电镀铜工艺降本测算资料来源：产业调研，国盛证券研究所测算 91HJT有望成为下一代电池片主流技术目录CONTENTS铜电镀制备工艺与市场规模：图形化设备为核心设备23铜电镀降本增效优势明显，或为HJT产业化的必经之路核心标的：芯碁微装、苏大维格、罗博特科4 10铜电镀的制作工艺与流程➢HJT铜电镀制作工艺主要为图形化与金属化两大环节，分为五大主要步骤。➢第一步，沉积种子层。若镀层直接与TCO接触，附着性较弱，铜电极容易脱落，会影响后续的组件焊接的可靠性，因此需要一层种子层来增加结合力。➢第二步，图形化。在种子层上制作电极的形貌。喷涂感光胶，并通过LDI曝光机、显影机进行曝光显影。➢第三步，铜电镀。按照曝光显影后的图形，进行双面电镀铜。即在种子层上面电镀铜+电镀锡、或者电镀铜+化学锡、或者电镀铜+化学银等等。电镀的铜主要起导电作用，锡和银主要起焊接和保护作用，因为（1）铜很容易被氧化，需要锡或者银保护；（2）铜本身不能焊接，需要用锡和银起焊接作用。➢第四步，去除感光胶。第二步为了图形化，喷涂了感光胶，需要将剩余的感光胶去除。因此需要在退膜机中清洗感光胶后漏出种子层。➢第五步，蚀刻种子层。需要将第一步剩余的种子层去除。因此使用蚀刻机刻蚀种子层，进而得到完整的铜电极。n型掺杂非晶硅电镀种子层