中国能源资讯网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。
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。
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。
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，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 6.89 W/ 片折算。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、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。
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。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，若考虑低温进口银浆（8500~9500 元/kg），这一价格优势将更加明显。
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。
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。
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。
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。
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。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。
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?)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）。
2.2.图形化：光刻路线和激光路线并行，主流工艺仍在探索
图形化是电镀铜整个工艺路线中的重要环节，主要分为光刻路线和激光 路线两种。 方案一：光刻路线（利用光学-化学反应原理和化学、物理刻蚀等方法， 将设计好的微图案转移到基板表面），在基板上先进行薄膜沉积→涂感 光材料（光刻胶、油墨等）→光刻→显影→刻蚀→脱胶，各环节相互影 响、相互制约，其中曝光是光刻技术中最重要的环节。
根据感光材料使用的类别，又可以分为干膜光刻和湿膜光刻。湿膜光刻 所用的光刻胶是正胶，而干膜光刻所用的光刻胶是负胶，在需要相同的 图形时，二者采用的掩膜板是相反的。1）干膜（负胶）是一种高分子化 合物，它通过紫外线的照射后产生一种聚合反应（由单体合成聚合物的 反应过程），形成一种稳定的物质附着于基板表面，从而达到阻挡电镀和 蚀刻的功能，即显影时曝光区的光刻胶被保留。2）湿膜（正胶）相对干 膜而言，是一种感光油墨，是指对紫外线敏感，并且能通过紫外线固化 的一种油墨，即显影时非曝光区的光刻胶被保留。
湿膜光刻比干膜光刻多一道烘烤环节，但其性能优异和成本低，为目前 主流路线。1）工艺上，湿膜光刻工艺简单，虽然耗时较长，但光刻效果 质量高；干膜光刻虽然没有烘烤环节可以节省很多时间，但操作起来比 较难控制，由于没有烘烤环节显影过程中的显影液会使得胶膜吸水膨胀， 出现膨胀溶胀现象，使得残留的溶液较难处理。2）性能上，湿膜的对比 度、分辨率和反应速度等性能指标更加优异，使其应用范围更为广泛。 3）成本上，湿膜（油墨）的成本较干膜更低，更适合光伏电池大规模的 生产。
根据是否使用掩模版，光刻技术可以分为直写光刻和掩膜光刻。其中， 掩膜光刻可进一步分为接近/接触式光刻以及投影式光刻。1）直写光刻 （无掩膜光刻），是指将计算机控制的高精度光束聚焦投影至涂覆有感光 材料的基材表面，整个过程无需掩膜而直接进行扫描曝光。直写光刻根 据辐射源的不同又可以分为光学直写光刻（激光直写光刻）和带电粒子 直写光刻（电子束直写、离子束直写等）。2）掩膜光刻，由光源发出的 光束经掩膜版在感光材料上成像。具体又可分为接近、接触式光刻以及 投影光刻。相较于接触式光刻和接近式光刻技术，投影式光刻技术更加 先进，通过投影的原理能够在使用相同尺寸掩膜版的情况下获得更小比 例的图像，从而实现更精细的成像。
精度高+灵活性强，直写光刻设备有望在电镀铜图形化环节发力。以PCB 应用领域为例，1）精度方面，直写光刻解析能力由微镜尺寸及成像镜头 缩放倍率决定，避免了底片的限制与影响，可以实现更精细的线宽。目 前直接成像技术能够实现最高精度可达 5μm 的线宽，而使用传统曝光底 片（银盐胶片）的传统曝光技术能够实现最高精度一般约 50μm 左右。 2）灵活度方面，特定型号的掩膜版使用寿命相对较短，会加剧掩膜版投 入成本，尤其是新产品研发成本高、周期长，外加实际使用时更换底片 等环节，故直写光刻工艺灵活度更高。值得一提的是，直写光刻技术目 前还受限于生产效率等方面问题，如带电粒子直写光刻技术的生产效率 较低，且在大规模生产中会产生较为严重的邻近效应。
方案二：激光路线，包括激光开槽和激光转印两种。 激光开槽在太阳能电池电镀铜中具备应用前景，但与 HJT电池工艺不 兼容。由于 HJT 电池的本征和掺杂非晶硅层（a-Si层）厚度均小于20nm， 激光束将造成钝化层的严重损坏，使得在不影响器件性能的情况下烧灼 TCO 层变得不可能。为解决上述问题，可以通过以下方案来解决：首先 在 TCO 层上沉积 Al2O3/a-Si 叠层（a-Si 层作为吸收剂应用于激光照射， 使 Al2O3 薄膜区域被烧蚀）→其次在 TCO 上通过激光开槽形成电镀开 口→沉积种子层（镍）→电镀铜。由于沉积 Al2O3/a-Si 叠层的方法仅适 用单面电镀，外加两个额外工艺步骤，并不适用于双面电镀太阳能电池。
相较激光开槽，激光诱导正向转移（LIFT）可适用于 HJT 电池。LIFT 技术工艺流程相对简单：首先在 TCO 薄膜上沉积一层电介质作为镀膜 →将种子层正向诱导至太阳能电池上→种子层通过 烧制与 TCO 形成良好接触→电镀铜。其中，无机材 料的厚度通常为几十纳米，电极形 貌与较厚的有机镀膜相比更加平滑，且可以通过调整镀液来抑制横向生 长，从而实现更大的高宽比。图形化环节光刻路线和激光路线并行，主流工艺仍在探索。1）光刻路线 方面，以芯碁微装为代表，其直写光刻设备现阶段已可应用于电镀铜方 案，正与相关产业方就上述方案在光伏领域的量产应用进行合作，但目 前暂未形成量产出货。2）激光路线方面，以帝尔激光为代表，其电镀工 艺在前期 TOPCon 电池上已实现较好的中试应用，且在 2022 年 IBC 上 又有更进一步的突破。目前，已取得电镀铜激光设备的量产订单。
2.3.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
垂直镀工艺成熟但产能有限，难以支撑大规模化的生产。根据东威科技 （国内 PCB 电镀设备龙头）招股书显示，目前其垂直连续电镀设备相对 成熟（在均匀性和贯孔率等关键指标上表现良好），是 PCB 下游厂商的 首选。在采用垂直镀对光伏电池进行铜电镀时，需要利用阴电极夹具夹 持住太阳电池（压针与特别设计的开膜区域接触）→然后将电池浸泡在 种子层为镍的镀槽中→镀完镍后经过清洗槽后再提拉至水槽清洗→清 洗后提拉至电镀铜槽进行铜电镀→再提拉至水槽清洗，后再提拉至锡槽 镀锡（锡的厚度约为 1 微米，用以防氧化，铜较银更容易氧化）。根据垂 直镀的工艺流程，可以发现受限于机械结构限制单槽夹持的电池片数目， 以及考虑夹住硅片并进行上下移动的耗时，垂直镀路线的产能将受限 （目前东威科技垂直镀设备量产水平约 7000 片/小时）。
水平镀与垂直镀原理相同，但生产的速度和效率要更高。水平镀是在垂 直镀基础上发展的新颖电镀技术，该技术需要与镀液和辅助装置等实现 良好的相互配合。与垂直镀原理相同，水平镀也必须具有阴阳两极，通 电后产生电极反应使电解液主成份产生电离，使带电的正离子向电极反应区的负相移动；带电的负离子向电极反应区的正相移动，于是产生金 属沉积镀层和放出气体。在传送方面，水平镀采用链式传输（滚轮旋转 带动电池片移动），而其中一侧滚轮为导电材料形成电镀系统的阴电极， 电池在水平传输过程中与阴电极滚轮保持连续的或几乎连续的接触，从 而实现铜电镀。为此，只需要设计合适长度的槽体，提高传输的速度， 即可实现理想的单位时间产片量，使其满足大规模量产化需求。
水平镀与垂直镀实际效果差异不大，各厂商正积极研发验证。根据捷得 宝在 2021 年 8 月更新的水平电镀设备数据来看，该设备能够实现双面 同时电镀和较佳的均匀性，产速以 M2 计算，可达 6000 片/小时（目标 10000 片/小时）。而目前进展较快的罗博特科在 2022 年 12 月 26 日实现 首创新型异质结电池铜电镀设备的交付，对现阶段在 HJT 电池铜互联技 术的推进有着里程碑的重大意义。
2.4.后处理：刻蚀+去膜，工艺难度不大
后处理主要是对感光材料和种子层的去除，工艺难度不大。在经显影（图 形化）、以及镀铜（金属化）后，先对感光材料进行去膜处理，然后通过 刻蚀来去除种子层，保证非镀铜位置的 TCO 层能够露出。其中刻蚀可以 分为湿法刻蚀和干法刻蚀干法刻蚀占比大，约占 90%。1）湿法刻蚀：用液体化学 试剂（如酸、碱和溶剂等）以化学的方式去除硅片表面的材料，以集成 电路工艺为例，大多是湿法化学刻蚀是将硅片浸入化学溶剂或向硅片上 喷洒刻蚀溶剂；一般适用于尺寸较大的情况下（大于 3μm）。2）干法刻 蚀：通过等离子气与硅片发生物理或化学反应（或结合物理、化学两种 反应）的方式将表面材料去除。目前，较光刻而言，国内刻蚀工艺和刻 蚀设备比较成熟，已经能够达到世界较为前列的水平，能够达到较高的 刻蚀选择性、更好的尺寸控制、低面比例依赖刻蚀和更低的等离子体损 伤。
3.从成本端测算看电镀铜路线的经济性
根据我们测算：仅考虑折旧+银浆成本，1）在考虑新增设备对应折旧以 及电镀铜本身工艺成本的情况下，现阶段电镀铜路线预计可以较传统 HJT 丝网印刷路线节约 0.044 元/W（不考虑良率）。现阶段，尽管从我 们测算角度看，电镀铜技术可以帮助 HJT 电池较传统丝网印刷方案节省 五分之一的成本，但就银浆+折旧这两块成本而言，与 PERC 和 TOPCon 电池比仍分别高出约 0.07 和 0.05 元/W 的成本，而这差异主要源于设备 的投资总额。2）考虑良率的情况下，电镀铜工艺良率提升到 80%左右 预计和丝网印刷成本打平。假设丝网印刷良率在 98%，从折旧+银浆成 本平衡角度看，对应电镀铜工艺良率在 80%左右（0.182/0.226×98%）； 3）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。
预测假设： 1）采用电镀铜路线较传统丝网印刷路线可以提升 0.3%的效率； 2）银浆耗量方面，假设 PERC、TOPCon 和 HJT 电池在 21 年的基础（表 1：分别对应 96.4、145.1 和 190mg/片）上分别下降约 15%/25%/30%，取 整近似后分别取 80、110、135mg/片；高温和低温银浆售价分别取 6000 和 8500 元/kg（含税）； 3）材料费用（掩膜成本+药水成本+种子层成本）取 0.04 元/W，运营费 用（人工+水电+环保处理费）取 0.04 元/W，电镀铜工艺成本合计取 0.08 元/W； 4）假设丝网印刷设备占总投资额比重为 15%，设备折旧按 5 年无残值； 5）假设激光转印方案的银浆耗量较传统丝网印刷方案下降 30%，取 95 元/W，新增设备投资额取 3000 万/GW； 6）我们估计新增电镀铜设备投资额在 1.5~2 亿元/GW，取 1.7 亿元/GW。
长远来看，电镀铜技术较传统丝网印刷方案仍具备经济性。在考虑电镀 铜新增设备投资额降低、以及传统丝网印刷方案银耗量降低的情况下， 我们进一步对电镀铜路线的成本和传统方案的成本进行灵敏度分析（这 里成本仍仅考虑折旧+银浆）。假设方面与上述保持一致，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，即 使银浆耗量下降 30%（对应 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%（对应 81mg/片）时，将新增设备 投资额下降 30%（对应 1.2 亿元）时，电镀铜方案与传统方案成本依旧 可以基本打平。
4.电镀铜技术蓄势待发，产业化推进有望打开市场空间
电镀铜并非全新技术，但产业化进程在加速。早在 2011 年 11 月，日本 Kaneka 公司和比利时 IMEC 微电子研究中心就在第 21 届国际光伏科学 和工程大会上展示了其无银 HJT 电池，通过电镀铜连接 6 英寸硅基板的 透明导电氧化层，实现了超过 21%的转换效率，在随后的 2015 年 11 月， Kaneka 公司宣布采用铜接触金属化的双面异质结晶硅太阳能电池效率 创纪录达 25.1%；同年 3 月，MacDermid 公司通过激光刻蚀、镀膜、热 退火等工艺制作窄铜网导体替代银浆，该工艺可实现 30μm 的栅线宽度 和 4N 的拉力，从而可将单个电池的成本降低 6 美分。
近年来，钧石能 源、爱康科技 等产商陆续加入，进展较快的捷得宝已有 小批量生产铜电镀设备，铜电镀已做验证的客户约为 12 家；而海源复材在 2022 年 12 月 19 日 表示其在光伏电镀铜技术已取得突破， 较传统银浆方案，电镀铜工艺技术成本可以降低 50%左右，转换效率可 以增加约 0.3%。
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。现阶段， 单 GW 设备价值量报价仍偏高（各阶段工艺方案并未完全敲定），我们 估计 PVD 设备约 4000 万元/GW，曝光机约 4000 万元/GW，电镀机报价 最高达 5000 万元/GW，其他设备估计价值量约 4000 万元/GW。我们认 为，伴随 2023 年完成中试线验证，2024 年开始或实现加速产业化，至 2025 年各环节设备约有 1000~2000 万元/GW 的降幅，量产情况下预计 单 GW 设备价值量控制在 1.1 亿元左右。
预测假设： 1）以 CPIA 保守情况下预测的光伏新增装机量作为参考起点，对应新增 电池需求按 1：1.1 折算； 2）以 PV infolink 估计的 N 型电池市占率（图 1）作为保守情况下的参 考基准（对应 2022~2025 年为 8%/27%/41%/49%），假设乐观情况下 2022~2025 年的渗透率分别为 15%/40%/50%/60%； 3）假设电镀铜技术在 2023 年有小范围试用，随后加速渗透，2023~2025 年保守/乐观情况下对应渗透率分别为 1%/3%/10%和 2%/6%/20%。
