2022年光伏设备行业之电镀铜专题研究 电镀铜核心在于图形化和电镀，关键是降本

一、 电镀铜：去银化的降本提效“终极”技术

光伏技术持续迭代升级，随着光伏装机量的上升，“去银化”急迫性显著增强。 2017-2019年，P型PERC电池逐步取代了铝背场BSF电池，“五三一”新政下，产 业链降本加速，度电成本打平火电，光伏从此从周期性行业迈向成长性行业。21年 以来，随着P型电池逐步接近其转换效率，行业开始将注意力转向N型电池技术。 N型电池技术多路线并行，共同推进降本提效过程。N型TOPCon量产效率高于P型 PERC电池，随着单瓦成本有望打平PERC电池且享受一定溢价，优于PERC的盈利性吸引各主要厂商迈入大GW级别产线，大规模扩产已经开启；N型HJT电池，效率 高于PERC电池，且降本提效路线明确，吸引各路玩家尤其是新玩家的持续大规模投入。

（一）电镀铜导电能力更强，不只降本更可以提效

低温银浆导电性较差，需要更多的银浆来增强导电能力。HJT电池生产温度不能超 过300℃，不能进行高温烧结，因此不同于P型电池以及N型TOPCon电池所使用的 高温银浆，主流的HJT电池均使用低温银浆。低温银浆通过混合银粉和有机溶剂制 成，接触性能较差，通过银粉的直接接触传导电流，导电性能较差，因此需要更宽 的线宽来增强导电能力，但是遮光面积增加会影响发电能力，进而影响转换效率。 铜导电性能更好，栅线更窄，高宽比更大，将有效提升转换效率。铜电阻低于含有 机杂质的低温银浆，导电性能更好，因此铜电极的线宽可以做到10-20μm，而HJT 低温银浆电极一般在30-50μm，铜电机遮光更少，可释放电池片发电效率潜力，电 镀铜有望将HJT电池转换效率提高到26%以上。

（二）低温银浆溢价严重，铜电镀实现去银化降本

低温银浆目前主要依赖进口，成本较高，HJT电池单瓦浆料成本部约0.15元。目前 绝大多数低温银浆从日本京都电子（KE）进口，溢价2000元/kg，售价高达6500元 /kg，随着浆料国产化的推进，银浆价格有望明显下降。 降低银耗是HJT降本的重要手段。HJT电池单瓦成本比TOPCon高约一毛钱，其中单 单银浆部分，HJT电池的单瓦成本就比TOPCon电池高了8分。银浆占HJT电池成本 20%左右，非硅成本的40%左右。银浆是HJT电池降本空间最大，最关键的部分。

电镀铜有望助力HJT降本。HJT电池电镀铜电极，实现去银化，未来有望将金属化 成本降至0.06-0.09元/W。铜电镀的主要成本来自耗材感光油墨，显影液，电镀液。 目前这些材料国产化开发进展顺利。

电镀铜技术目前以研发中试为主。电池厂商，设备厂商，PCB油墨材料厂商加速布 局，部分厂商已经开始中试验证。电镀铜工艺包括多个技术环节，同时多个技术路 线正在竞争，工艺有待改进和优化，需要解决产能，良率，寿命，环保等问题。

二、电镀铜核心在于图形化和电镀，关键是降本

借鉴印刷电路板PCB生产中的成熟度图形化电镀铜线路工艺，HJT电池发展出一套 电镀铜电极栅线的发展道路。PCB制备过程中，需要把指定形状的铜电路制备在电 路板上，为后期贴电子元器件，组成复杂电子产品做准备。PCB制备电路的方案， 包括图形化和电镀与后处理两部分： （1）图形化：将感光固化油墨涂覆在基板表面，光固化部分油墨，洗去未曝光部分 的油墨，保留已曝光部分的图案。 （2）电镀与后处理：在电镀设备中镀铜，没有油墨的表面发生电化学还原反应生长 出铜；最后洗去剩余的油墨，制备出图形化电路。 模仿PCB制备图形化电路，在HJT电池两侧覆盖油墨；通过光选择性曝光，可以洗 去需要镀铜的部位的油墨，保留其他部位的油墨；在电镀设备中进行电镀，覆盖油 墨的部分不导电，无反应，裸露部分反应形成铜栅线电极。

HJT电镀铜工艺包括四个大环节：（1）种子层沉积；（2）图形化；（3）电镀；（4） 后处理。各环节内部有不同的技术路线竞争。 （1）沉积种子层。由于铜在透明导电层(TCO)上的附着性较差，容易造成电极脱落， 因此一般需要在镀铜前在TCO上引入种子层，改善电极的附着性能。 （2）图形化。使用感光材料将HJT电池覆盖住，通过选择性光照，使得不需要镀铜 的位置感光材料发生改性反应，而需要镀铜的位置感光材料不变，不变的改性材料 在显影的步骤会被去除，在电镀时发生导电，而其他位置不会发生铜沉积。 （3）电镀。浸泡在电镀设备的硫酸铜溶液中，通电进行电解，铜离子（Cu2+）被还 原，在需要镀铜的电池表面沉积成铜，形成铜电极。 （4）后处理。洗去剩余的感光油墨，刻蚀掉剩余的种子层，电镀锡抗铜氧化。 目前，电镀铜的工艺探索已经进行相当长时间，设备环节已经逐步成熟，重点在于 如何降低成本使得该技术具备性价比，主要着力点就在于图形化与电镀两个部分。

（一）种子层制备：提高铜电极的附着性能

如果直接在TCO膜（透明导电层）镀铜电极，附着性能较差，容易脱栅，不利于后 续工序进行。因此在镀铜之前，需要先沉积一层种子层，改善电极的附着性能。一 般来讲，镍是一种理想的种子层元素：结合TCO能力强，接触电阻小，成本也较低。 镍、镍铜合金、镍铜银合金是产业目前主要尝试的种子层配方，也有些厂商选择镀 一层铜，也是为起到改善TCO的接触性能，为镀铜电极做准备。 种子层制备相对较为成熟。普通的物理气相沉积PVD（蒸镀或者溅射）在硅片表面 全尺寸沉积种子层，技术门槛较低。同时，铜钟子层毕竟会增加工艺的复杂度，也 会增加相应的成本，业内也有不制备铜钟子层而直接镀铜的技术路线。

（二）图形化：电镀的关键工艺，技术分歧较大

图形化为实现铜电镀电极的关键步骤。借鉴PCB电镀图形化铜线路思想，一般的， 通过选择性曝光，用显影液洗去需要镀铜的部分，让绝缘的感光材料遮住HJT电池 表面不需电镀的部分。 技术渊源为电子产业的光刻技术。选择性曝光感光材料被后，可以用显影液洗去被 曝光的部分（正性光刻胶）或未曝光区域（反性光刻胶），从而将微图形结构转移 到覆有感光材料的晶圆、玻璃基板、覆铜板等基材表面上的微纳制造技术。光刻技 术加工制造的器件包括：芯片、显示面板、掩膜版、印制电路板PCB等。光刻技术 的主要工艺流程包括预处理、涂胶、曝光、显影、刻蚀和去胶等一系列环节。

电镀铜图形化环节流程：（1）涂覆感光材料；（2）曝光固化；（3）清洗显影。 （1）涂覆感光材料：需要做到厚度均匀适中，湿膜采用浸没（浸涂机）、滚刷（滚 涂机）、喷涂（喷墨）、丝网印刷（丝印机）等方法；干膜采用卷对卷贴膜机进行 贴膜。 （2）光刻步骤。HJT铜电镀图形化环节有多种光刻方案选项：光学投影光刻、普通 掩膜光刻、直写光刻、以及较为独特的喷墨蚀刻，此处各家分歧较大。 ①光学投影掩膜光刻。核心指标最小线宽、对位精度、产能等性能优异，半导体领 域广泛应用。采用光刻机设备，使得特定波长的光通过复杂光路，把掩膜上的图案 缩小展示，照射到光刻胶上，完成曝光。光学投影掩膜光刻精度非常高，但是成本 极高，只适用于芯片等高端产品，用于光伏产业不具备量产经济性。 ②普通掩膜光刻。由光源发出的光束，经掩膜版在感光材料上成像。传统曝光底片 （银盐胶片）的传统曝光设备能够实现的最小线宽一般约为50μm，但铜电镀要求线 宽10μm-30μm，普通掩膜光刻的精度不能满足精度要求。

③直写光刻技术相对主流。指计算机控制的高精度光束聚焦投影至涂覆有感光材料 的基材表面上，无需掩膜直接进行扫描曝光。直写光刻最高精度5μm，满足铜电镀 的精度要求。直写光刻成像不需要使用底片，可节约底片的物料成本和相关人力成 本。国内厂商芯碁微装，捷德宝，太阳井等正在研发铜电镀用激光直写光刻（Laser Direct Imaging, LDI）设备。

光刻需要的感光材料方面，普通掩膜光刻和直写光刻采用干膜材料或湿膜油墨作为 感光材料。两者精度都满足要求电镀铜要求，但油墨比干膜便宜，是电镀铜的理想 感光材料。 PCB干膜技术成熟，但设备、耗材成本较高，可应用于高精度PCB电路板曝光制造 电路，但是速度较慢、效率较低，不适用于追求成本收益的光伏行业。干膜应用工 艺流程为：（1）在基板上贴一层干膜；（2）进行紫外曝光；（3）使用显影液洗去 未被曝光的部分，留下曝光部分图形。 感光油墨是一种成本较低的湿膜光刻胶，由树脂、单体、溶剂、无机填料、光引发 剂及助剂等物质组成。虽然材料性能比湿膜、光刻胶要差一些，但满足铜电镀使用 即可，开发满足要求且成本低的油墨为目前电镀铜行业的关键所在。

应用工艺流程：（1）湿膜法覆盖油墨；（2）直写光刻或掩膜光刻；（3）显影图形 化。油墨可以采用浸没，滚涂，丝网印刷等方法进行涂布，直写光刻可以达到<20μm 开口精度要求，前景光明。

④铝膜喷墨打印。具体工艺流程：（1）PVD沉积一层铝（铝在空气中会自动氧化绝 缘）；（2）印刷低浓度碱性墨，选择性蚀刻部分Al-Al2O3，完成图形化。由于喷墨 打印连续性较差，且控制机构较为复杂，未来采用的盖伦出较小。

（3）清洗显影。光刻后，在显影机中可洗去未变性的感光材料，暴露出来等待电镀 的部分，而已经变性的感光材料继续覆盖住不需要电镀的部分。 从国电投的铜栅线晶硅异质结电池量产中试平台结果看，油墨LDI的进展最好。PCB 干膜可以完成图形化，但是成本较高；喷墨打印的开槽效果不太好，无法做到宽度 均匀，侧壁平直，槽口呈现上宽下窄的结构。得益于耗材油墨成本较低，油墨LDI 的设备成本较高，核心设备依赖进口，是接下来突破的重点。

（三）镀铜：垂直电镀 VS 水平电镀

镀铜是将电池片插入电解池，联通电路，硫酸铜溶液中的铜离子接受了电子而还原 成为铜金属，电镀铜工艺主要分为垂直电镀和水平电镀两种路线。 垂直电镀应用较多。垂直电镀广泛应用于PCB电镀铜工艺，夹爪夹住阴电极，竖着 挂在电镀槽中进行铜电镀。从产业目前进展看，垂直电镀用于HJT电池铜电极电镀， 必须放慢沉积速度以提高均匀性，所以单机产能比较小（每小时2000-3000片）， 此外，垂直电镀良率也比较差，容易发生碎片。 水平电镀或为未来主流。电池片水平放置，导电滚轮作为阴极，同时传送电池片水 平运动。水平电镀的夹持方式增加了阴极与欲镀表面的接触面积，保持待镀表面的 电流密度分布更加均匀。水平电镀技术为各家发展的重点，太阳井、捷德宝等厂商 正在大力研究，未来有望成为电镀工艺的主流。

在光伏电镀铜工艺中，继承自PCB垂直电镀技术成熟，但存在稳定性、均匀性、产 能偏低等问题，难以实现规模化的推广。水平电镀设备的成熟度较低，还处于研发 与验证阶段，具体电路设计，产能节拍，废水处理等问题仍需解决，前景较为光明。

（四）后处理：退感光材料、刻蚀种子层，镀锡抗氧化

退感光材料。在退膜机中洗去剩余的感光材料层，漏出种子层。 刻蚀种子层。在蚀刻机中蚀刻掉种子层，漏出TCO透明导电层。 镀锡抗氧化。电镀一层锡保护层。锡是比铜更活泼的金属，镀在铜电极的表面，可 以有效减少铜的氧化，确保电池寿命。 最后经过退火，清洗，干燥等最终处理工艺，完成HJT电池板的制作。

三、电镀铜箭在弦上，有望成为金属化的终极技术

（一）银包铜进展较快，铜电镀去银化有望成为终极方案

银包铜有望成为近一两年的银浆主流降本技术。银浆降本银包铜方案进入性能/寿命 测试，电镀铜方案和设备的研发加速推进。

银包铜采用表面沉积技术，在铜纳米颗粒上沉积不同厚度银镀层，可降低银用量 30%-50%，从而完成少银化降本。应用银包铜技术不需要增加产线设备，只需进行 浆料更换和小幅改进。但是银包铜也存在一些主要的不足： （1）效率低。银包铜粉纳米组织结构不均匀，性能一般。根据华晟相关实验验证， 银包铜电极会带来轻微的电池效率下降。 （2）接受度。光伏组件需要30年的长时间运行，在银的诱导下，铜更容易发生氧化， 造成导电性能大幅下降，下游产业担心银包铜电池板的寿命，仍在观望银包铜产业 化验证的进展。 （3）价格高。目前银包铜浆料研发主要由国外主导，国内跟进。未来部分厂商量产 后预计按照性能而非材料成本定价，HJT享受到银包铜降本红利需要等待产业充分 竞争。 随着银包铜寿命实验结果和浆料国产化推进，几年内是理想的银浆降本方案。电镀 铜效率高，无寿命风险，随着设备和工艺成熟，替代银包铜，成为最终方案。

（二）积极关注铜电镀设备，有望成为长坡厚雪型赛道

广阔的提效潜力和降本空间，让铜电镀受到产业的广泛关注。考虑设备端，图形化 设备和电镀设备最值得关注，芯碁微装的直写光刻设备在正在产业龙头进行验证。 东威科技、太阳井、捷得宝等亦正在开发HJT电镀铜设备。迈为与SunDrive合作， 多次打破铜电镀HJT电池效率纪录。 中试线有希望将电镀铜HJT电池成本降低至0.1元/W，未来有望降低至0.06元/W。 耗材成本方面，感光材料，铜材，药剂最多。油墨国产化后，有望再降本0.02元/W， 预计量产铜电镀整体耗材成本（0.05元/W）低于银包铜(0.07元/W)，具备经济性。

设备方面，目前单GW电镀铜设备价值量近两亿，采用电镀铜的HJT整线成本将达到 6亿元/GW，设备降本空间很大，目标导入量产时电镀铜设备降到1亿/GW，整线4 亿元/GW。

随着产业内铜电镀工艺的研发中试，技术日趋成熟，预计2023年中试，2024年小规 模量产，之后加速渗透，预计五年后（2026年），PVD设备、曝光设备、电镀设备 及其他配套设施分别有14亿元、24亿元、28亿元、19亿元的市场空间。

（三）各显神通，共同推动铜电镀走向量产

光伏电镀铜产业化加速。2022年8月，迈为联合SunDrive取得低铟无银异质结电池 效率突破，转换效率高达25.94%；宝馨科技重点推进电镀铜设备在HJT领域的应用； 海源复材首条电镀铜产线预计在2022年12月至2023年1月进行调试。2022年7月， 东威科技光伏电镀铜设备速度已达6000片/h。此外，还有诸如捷得宝、太阳井等未 上市的优秀公司正在积极探索电镀铜技术。

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