市场期待铜电镀量产技术落地

  过去十年，光伏技术经过多次技术迭代，度电成本(LCOE)下降90%，已降至人民币0.3元/kWh以下，相较地热能、生物质能、海上风电等发电方式具备显著竞争优势。2015年以来，全球光伏新增装机量迅速增加，五年复合增速达到22%，预计未来新增装机量持续提高，到2030年达到约1TW，复合增速仍将维持20%左右。

  随着全球光伏装机量持续攀升，产业供应链各环节原料成本也水涨船高。2022年以来，N 型电池片技术加速渗透。预计到2023年底，TOPCon的落地产能超过450GW，HJT落地产能超过100GW。以TOPCon和HJT为代表的N型电池片技术其银浆耗量普遍较P型电池高30-50%以上，势必将导致银浆的供给进一步紧张并引发价格剧烈波动[1]。在光伏TW级规模大背景下，白银价格带动光伏银浆成本持续上涨。Wind多个方面数据显示，6月初，伦敦现货白银价格已经上涨到24.32美元/盎司，涨幅超15%，白银价格一年内已上涨25%。

  展望2030碳达峰，由N型电池技术所主导的TW级光伏市场，金属化环节的“去银”化的必将成为技术突破的重点方向，目前仅有铜电镀技术能做到完全“去银”化，使用低成本金属铜作为金属化互联材料替代贵金属银，并在降本的同时进一步提高电池转化效率。目前铜电镀技术正在经历由研发中试线向商业化迈进的重要阶段，各家电池组件和设备企业纷纷加大了对铜电镀技术研发投入。

  当前阻碍铜电镀技术量产应用落地的瓶颈主要有以下两点： 1. 电镀工艺复杂度导致的良率和可靠性问题; 2.电镀设备产能稳定性以及过高的设备资本开支。

  电镀工艺流程包含“种子层制备、图形化、金属化、后处理”四大环节，复杂度和难度远高于丝网印刷。电镀金属化的过程就是利用电解原理在某些金属表面上镀上一薄层其它金属或合金的过程。目前主流的技术路线)插片式电镀。

  其中水平链式电镀技术路线相较垂直式及插片式电镀方式具有显著优势，即 ①产能相对较高：由于无需手动安装和悬挂即可适应大范围的尺寸，实现全自动操作，因此有助于产能提升;②均匀性：由于电池表面接触溶液均匀，充分保证了最终产品的均匀性和稳定性。而要实现水平链式电镀的优势，需要通过特殊的供电装置与硅片的沟槽进行有效接触，这在材料设计和选型上也提出了更高的要求，需要经验丰富的工程师进行优化和创新设计。

  电镀铜技术既能够通过更低的电阻、更高的栅线来提高转换效率，也能够完全替代高价银实现降本，这些都迎合着N型电池金属化工艺的发展方向。对于主流N型电池技术：TOPCon 和HJT铜电镀技术的技术就绪水平还存在显著差异[4]。

  [4]主流N型电池技术铜电镀技术就绪水平(资料来源：[2022.10106.3])

  在行业选择大幅扩产TOPCon电池之后，HJT的参照对象便由PERC电池转变为了TOPCon电池，在成本相对劣势的情况下，HJT如果想实现大规模商业化，必须在电池效率上继续向上突破，受异质结电池工艺温度的限制，低温浆料的退火不超过250℃，电极的导电性较差，电阻率约为6-10Ω.m，是高温浆料的3-6倍，而铜电镀金属化具有更小的金属线Ω.m导电性能佳;此外由于铜栅线相较于银栅线能做到更细，导致铜电镀的遮光损失相对较少，将有效改善载流子收集;同时电镀铜电极的内部致密且均匀，没有明显的空隙，可有效地降低电池电极的欧姆损耗。综合看来，铜电镀技术相较于传统技术能实现0.3% - 0.5%的效率提升。但是HJT铜电镀技术还存在设备产能有待提升且稳定性有待验证，可以匹配光伏需求的低成本油墨开发较困难，比丝网印刷而言铜电镀多了几道包含湿法在内的工艺步骤，对电池片的良率产生一定影响，铜栅线的脱栅和氧化的问题以及含油墨和金属离子的环保问题。整体看其技术就绪水平仍处于中试研发阶段。

  而TOPCon电池使用铜电镀可帮助TOPCon电池实现低接触电阻、改善Voc等：双面TOPCon太阳电池Ni/Cu/Ag电接触的实现是基于激光接触开窗(LCO)与在线电镀Ni/Cu/Ag结合，LCO和镀Ni/Cu/Ag的技术优势包括：在n型TOPCon层和轻硼掺杂发射极上实现低接触电阻、低接触复合、硼发射 极可改善Voc、具有低线电阻率的窄接触宽度(15μm)。TOPCon铜电镀不需要铜种子层以及图形化掩膜材料整体技术就绪水平较高，但是由于TOPCon当前所使用金属化丝网印刷设备成本低廉，且已形成超过500GW产能规模。如果银浆价格水平维持在合理范围，铜电镀的渗透将受制于过高的设备投资和较长的投资回报周期(大于2年)。如果随着光伏需求不断扩张，光伏装机量迅速提升导致银浆耗量增加，进而带动银价“水涨船高”，TOPCon铜电镀技术将有机会迎来加速渗透的机会,投资回报周期(小于1年)[5]。

  目前市场上主要设备公司皆在电镀设备技术领域着墨较多，例如东威科技（688700.SH）是垂直连续电镀设备龙头，下游应用领域如锂电复合铜箔、光伏电镀铜持续开拓。其现有的垂直式电镀铜设备保持投产使用，下一代设备研发中，据称其速率可达8000片以上/小时，大幅度降低成本。

  罗博特科（300757.SZ）是国内可提供高端自动化装备和智能制造执行系统软件的企业之一，主要提供满足下游客户技术需求的自动化、智能化设备解决方案，包括 PERC、TOPCon、HJT、IBC 等技术的设备，截至2023年4月，在金属化方面，罗博特科与国电投新能源第二阶段验证初步结果总体表现良好。在图形化方面，罗博特科于2023 年年初立项并实施了太阳能电池图形化制备设备的开发研究项目。

  太阳井公司致力于研发、生产HJT电池铜制程整套解决方案。其铜电镀已经过多年研发的验证，可实现在不同电池结构上实现电镀镍、铜、锡、银的金属化工艺，2022年2月其HJT铜互联装备交付。

  捷得宝公司致力于开发铜栅线制程，着重在掩膜、光刻及水平电镀工艺，目前在中国台湾已有研发中试线， 稳定为国内外客户进行铜栅线年初可于国内实现中试线设置，年中可交付每小时产能达7500片的量产设备，与目前HJT电池银印刷设备之产能相当。

  普达特科技有限公司（00650）通过项目引进和自主研发，最新成功推出多功能链式电镀工艺开发设备，可以兼容不一样的种类的金属电镀工艺和兼容不一样的种类电池结构，对改善电极与电池片在水平传输过程中的接触方式来进行了有明确的目的性的优化设计，得到了稳定可靠的电流供给和分配方案，能改善批量生产的全部过程中电镀金属栅线的均匀性。

  设备产线的投资所需成本高昂是制约太阳能电池，尤其是HJT等新技术路线大规模产业化的重要的条件，设备在满足性能需求的基础上，必须要为电池厂商提供更大的产能、更低的成本。在提高电镀设备产能、降低资本开支方面，普达特科技有限公司已经成功在市场上推出双层链式BSG/PSG清理洗涤设施和双层酸刻蚀设备[6]。未来有望在双层链式平台上应用于水平链式电镀工艺。

  铜电镀技术的应用落地不仅需要电镀技术本身的突破，更多的是需要工艺流程所有的环节的打通和整体解决方案的形成。市场需要一类适用于快速验证各类电镀工艺的理想实验平台，形成从设备到材料到工艺，乃至废液回用，实现闭环的的整体工艺解决方案。平台应当具备类似电镀镍，电镀铜，电镀锡或化学镀银等不同导电金属各类功能的槽体，具备多种工作模式。电镀槽体能够很好的满足各类电镀液验证的工艺窗口。配备适用于不同电池结构的电镀电极接触模块，可以灵活切换TOPCon，HJT 和XBC等不同电池结构的电镀工艺开发。

  随着市场上电镀设备陆续完成工艺验证整合，将有望加速光伏行业铜电镀技术在下一代N型电池技术上的量产化进程,早日实现整个行业“去银化”的“终极目标”。据浙商证券研究，预计2024年，光伏铜电镀设备有望迈入量产阶段，到2030年，铜电镀设备市场空间有望达275亿。在这样的趋势下，光伏产业有很大可能即将迎来新一轮的降本增效与行业性发展机会。