投资逻辑
　　短期来看，金属化工艺的变革是未来几年影响新型电池技术生产成本的核心。年内新型电池技术产能加速扩张趋势清晰可见，TOPCon、HJT等新技术在成本方面虽然已经实现大幅下降，但性价比仍需进一步提升。在金属化工艺中，银浆作为光伏电池生产成本中第二大、非硅成本中第一大的构成项，由于工艺原理的问题，其在新型电池技术中的单耗量相较PERC不降反升，成为影响新型电池技术降本速度进而可能影响其产业化进展的重要因素。我们认为，在硅料价格下行的趋势下，金属化工艺的演变路线将成为继电池技术路线纷争之外最值得关注的方向。
　　长期来看，银的贵金属属性导致其难以支撑光伏装机进入TW级时代，去银化大势所趋。2021年起，在平价、疫情、双碳等因素的共同作用下，全球新能源“潜在需求规模”急速扩张，光伏成为全球绝大部分地区最低成本电源的趋势已不可逆转，在各国将“加速清洁能源转型、提升能源独立性”提升到战略诉求高度的背景下，我们认为光伏需求将持续维持高增长，预计中性情境下2025年全球光伏新增装机将突破500GW，CARG持续维持在30%以上。但银具有贵金属属性，难以支撑光伏装机的快速增长，长远看少银化、去银化是未来光伏电池发展的必然趋势，金属化在未来几年将会成为光伏降本过程中的焦点环节。
　　本篇报告我们将对于市场上主流的接触式金属化工艺及未来的非接触金属化工艺进行系统性梳理，并且对新型金属化工艺的技术难点、发展情况做深入分析。
　　丝网印刷仍有降本增效空间，预计2-3年内仍是金属化工艺路线中的主流。从各厂商光伏电池新技术量产线上的设备选型来看，丝网印刷仍然是不可缺少的环节。从技术本身来看，丝网印刷工艺能够通过对网版材质、栅线图形化等技术细节的优化，在银浆耗量、转换效率方面仍有所突破，短期内难以被取代。
　　非接触式金属化工艺预计1-2年内出现大范围、大规模的量产线。近两年新型金属化工艺技术不断突破，主流设备、电池、组件厂商相继布局。考虑到非接触式金属化工艺当前所面临的缺少实证数据支撑、成本较高、量产设备尚未定型等问题，我们预计2023年非接触式金属化工艺仍会以各家企业内部研发为主，在量产设备定型后，非接触式金属化工艺有望成为行业主流，从产业实际进度及研发进展来看，铜电镀有望率先实现量产落地。
　　投资建议
　　建议关注两个方向：当前在接触式金属化环节领先且有电镀工艺储备的头部电池设备厂，重点推荐迈为股份；在非接触式金属化工艺有布局且已有中试设备较为成熟的设备厂商。建议关注芯碁微装、苏大维格、东威科技、罗博特科。
　　风险提示
　　新技术进展不及预期；行业竞争加剧风险。
　　
　　

研究报告全文：年月日电力设备与新能源买入维持评级行业深度研究新能源与电力设备组分析师姚遥执业新型金属化助力降本增效无银时代曙光乍现投资逻辑短期来看金属化工艺的变革是未来几年影响新型电池技术生产成本的核心年内新型电池技术产能加速扩张趋势清晰可见TOPConHJT等新技术在成本方面虽然已经实现大幅下降但性价比仍需进一步提升在金属化工艺中银浆作为光伏电池生产成本中第二大非硅成本中第一大的构成项由于工艺原理的问题其在新型电池技术中的单耗量相较PERC不降反升成为影响新型电池技术降本速度进而可能影响其产业化进展的重要因素我们认为在硅料价格下行的趋势下金属化工艺的演变路线将成为继电池技术路线纷争之外最值得关注的方向长期来看银的贵金属属性导致其难以支撑光伏装机进入TW级时代去银化大势所趋2021年起在平价疫情双碳等因素的共同作用下全球新能源潜在需求规模急速扩张光伏成为全球绝大部分地区最低成本电源的趋势已不可逆转在各国将加速清洁能源转型提升能源独立性提升到战略诉求高度的背景下我们认为光伏需求将持续维持高增长预计中性情境下2025年全球光伏新增装机将突破500GWCARG持续维持在30以上但银具有贵金属属性难以支撑光伏装机的快速增长长远看少银化去银化是未来光伏电池发展的必然趋势金属化在未来几年将会成为光伏降本过程中的焦点环节本篇报告我们将对于市场上主流的接触式金属化工艺及未来的非接触金属化工艺进行系统性梳理并且对新型金属化工艺的技术难点发展情况做深入分析丝网印刷仍有降本增效空间预计2-3年内仍是金属化工艺路线中的主流从各厂商光伏电池新技术量产线上的设备选型来看丝网印刷仍然是不可缺少的环节从技术本身来看丝网印刷工艺能够通过对网版材质栅线图形化等技术细节的优化在银浆耗量转换效率方面仍有所突破短期内难以被取代非接触式金属化工艺预计1-2年内出现大范围大规模的量产线近两年新型金属化工艺技术不断突破主流设备电池组件厂商相继布局考虑到非接触式金属化工艺当前所面临的缺少实证数据支撑成本较高量产设备尚未定型等问题我们预计2023年非接触式金属化工艺仍会以各家企业内部研发为主在量产设备定型后非接触式金属化工艺有望成为行业主流从产业实际进度及研发进展来看铜电镀有望率先实现量产落地投资建议建议关注两个方向当前在接触式金属化环节领先且有电镀工艺储备的头部电池设备厂重点推荐迈为股份在非接触式金属化工艺有布局且已有中试设备较为成熟的设备厂商建议关注芯碁微装苏大维格东威科技罗博特科风险提示新技术进展不及预期行业竞争加剧风险敬请参阅最后一页特别声明1行业深度研究内容目录1金属化工艺为光伏电池制作过程中的重要环节411承上启下金属化工艺在光伏电池生产制作过程中举足轻重412电池技术加速迭代推动浆料供应差异化52接触式金属化工艺丝网印刷仍为市场主流改进空间大73非接触式金属化工艺众望所归为未来行业趋势1031激光转印为较为成熟的非接触式金属化工艺有望小规模放量1032电镀工艺或为下一代金属化环节主流工艺产业化步伐持续加快11321铜电镀图形化设备及工艺详解14322铜电镀电镀设备及工艺详解174思考从HJT角度看金属化环节走向铜电镀的必然性185投资建议196风险提示21图表目录图表1金属化为PERCTOPConHJT工艺路线必备环节4图表2部分元素常温20下的电阻率4图表3银粉在浆料中成本占比情况4图表4电子导电浆料构成及作用5图表5光伏银浆进口替代情况5图表62021年中国正面银浆市场格局5图表7各技术路线对银浆的要求6图表8当前电池片环节成本结构7图表9全球光伏用银需求占比吨7图表10丝网印刷示意图7图表11网版参数8图表12丝网印刷网版变化8图表13多主栅技术发展路线9图表14通过焊带演变趋势看主栅宽度变化9图表15主栅技术市占率变化9图表16华晟异质结不同版型电池银耗变化10图表17激光转印原理图11图表18激光转印技术优势11敬请参阅最后一页特别声明2行业深度研究图表19激光转印对不同类型电池技术银浆耗量的影响11图表20铜栅线较银栅线拥有多项优势12图表21铜栅线较银栅线固化后形貌更好12图表22沪铜指数人民币千克12图表23沪银指数人民币千克12图表24电镀铜原理图13图表25电镀液原材料作用13图表26铜电镀在电池工艺流程中的位置14图表27铜电镀总流程14图表28图形化工艺综合对比14图表29光刻技术分类16图表30传统曝光技术与LDI区别16图表31三种图形化方式优缺点对比17图表32连续垂直电镀示意图17图表33水平电镀示意图18图表34电镀技术路线主工艺流程及设备18图表35不同降本路线假设下HJT浆料成本的对比元w19图表36公司九宫格产品布局20图表37公司太阳能电极设备及材料处于产业化进程中20图表38罗博特科首创新型异质结电池铜电镀设备成功交付21敬请参阅最后一页特别声明3行业深度研究1金属化工艺为光伏电池制作过程中的重要环节11承上启下金属化工艺在光伏电池生产制作过程中举足轻重金属化工艺是指在太阳能电池的正面和背面制作金属电极为太阳能电池的电流输出提供通路通常为光伏电池制作的最后一道工序这一步骤对电极与硅界面间的接触电阻和黏结强度有重要的影响无论在哪种电池技术路线下都必不可少金属化工艺路线的优化本质上是为了通过降低浆料单耗选用低成本材料实现降本同时兼顾提高电池的转换效率和可靠性图表1金属化为PERCTOPConHJT工艺路线必备环节来源国金证券研究所绘制在金属化工艺过程中银浆通过烧结固化与电池片正背面粘合形成电极电极与电池PN结两端形成欧姆接触电极由两部分构成主栅线和细栅线主栅线负责接连接电池外部引线输出电流细栅线起到电流收集并传递到主线的作用金属化电极浆料经过印刷涂抹在硅片上经烧结固化后形成电极导电浆料是金属化实现的关键材料由于银的导电性好于大部分金属元素因此行业内主要选取银浆作为导电浆料银浆主要由高纯度的银粉玻璃氧化物有机原料等成分组成其组成物质的化学价态品质含量形状微纳米结构等参数均可能对银浆的性能产生影响其中银粉作为导电材料是正面银浆的主要成分在原材料成本结构中占比超97玻璃氧化物用作银浆的传输媒介有机原料是承载银粉和玻璃氧化物的关键组成图表2部分元素常温20下的电阻率图表3银粉在浆料中成本占比情况种类电阻率cm银Ag15910-6铜Cu16810-6铅Pb20710-6金Au24010-6铝Al26510-6锌Zn52010-6镍Ni68410-6来源国金证券研究所整理来源聚和股份招股书国金证券研究所敬请参阅最后一页特别声明4行业深度研究图表4电子导电浆料构成及作用项目主要成分作用导电相银金铜等金属及合金或其混合物传输电流1作为金属颗粒的载体与硅相连粘结相玻璃粉氧化物晶体或二者混合物2腐蚀氮化硅膜使金属颗粒与硅片表面形成接触3腐蚀硅片形成良好的欧姆接触1分散粘结相不使其发生团聚和沉淀液体载体相有机载体和水基载体并以有机载体为主2保证浆料良好的触变性从而得到高的栅线分辨率和窄的栅线宽度来源晶体硅太阳能电池丝网印刷工艺的研究国金证券研究所12电池技术加速迭代推动浆料供应差异化年内新型高效电池技术正式步入产业化元年TOPConHJTIBC等电池技术在效率成本等方面均有突破由于不同电池之间对于银浆的需求存在很大差异性因此银浆产品也需要顺应新技术的迭代来进行差异化改动比如温度配方等在此背景下TOPCon高温银浆HJT低温银浆等产品加速放量传统PERC银浆正面采用高温银浆背面使用银铝浆正面银浆起汇集输出载流子的作用对浆料的导电性能要求高背面银铝浆为电池片提供背面汇流及焊接点对导电能力要求相对低正面银浆国产化程度高可以基本满足光伏电池的生产要求中国正面银浆生产企业经过数十年发展迅速崛起市场份额不断提升根据CPIA统计2021年国产正面银浆替代达到61帝科股份苏州固锝聚和股份三大企业占国内近一半市场行业集中度高预计2022年国产正银市场份额将进一步提升图表5光伏银浆进口替代情况图表62021年中国正面银浆市场格局来源CPIA国金证券研究所来源CPIAwind国金证券研究所TOPCon电池双面均使用纯银浆目前TOPCon用银浆与PERC正银都为高温银浆即在500以上烧结得到但基于TOPCon引入了不同于PERC的多晶硅钝化层对金属化浆料也提出了更高的性能要求太阳能电池的电学损失包括欧姆损失和复合损失银浆金属与钝化层半导体的接触可以形成欧姆接触这是一种电阻非常小的接触因此浆料应该被设计去保证较宽的欧姆接触窗口实现更低的接触电阻但金半接触会促进载流子复合影响电池效率综上TOPCon电池用银浆在效率层面需要平衡两个损失的关系TOPCon发电原动力N型硅片表面硼扩形成P型发射极PN结发射极的轻度扩散可使电池片获得更高的方阻提高开路电压短路电流转换效率等基本参数硼扩的均匀性问题要求银铝浆增大Ag和Al的接触窗口保证电流输运性能但扩散方阻值越高银浆烧结的均匀性变差对正面钝化层和PN结的损伤加剧综上TOPCon电池用银浆在PN结层面需要平衡方阻与损伤的关系HJT电池正背面使用低温纯银浆HJT电池结构简单对称在N型硅片的双面用非晶硅做钝化再生长透明氧化层TCO基于以上特殊的薄膜结构HJT用银浆与TOPCon和PERC最大的差别就是浆料的烧结温度低200也就是俗称的低温银浆低温银浆敬请参阅最后一页特别声明5行业深度研究的设计重点在于平衡电阻银含固化稳定等方面的矛盾HJT电池银浆与透明导电薄膜接触不再涉及金属与半导体的相互作用失去欧姆接触需要针对不同的透明薄膜材料进行优化匹配降低接触电阻由于低温银浆烧结温度较低其配方中不能包含玻璃粉需要用特殊的树脂体系代替玻璃粉的传输属性也能使浆料在低温下快速固化成型满足光伏电池量产需求高温银浆主要通过高温对Ag序重排在烧结过程中降低电极的体电阻但低温银浆烧结温度无法支持球形银粉熔融因此需要通过其他机制降低体电阻例如改变银粉形态调整浆料配方等图表7各技术路线对银浆的要求电池技术技术工艺对浆料的要求国产化程度可使用常规高温银浆其中双面PERC需要流动性较好PERC用激光打开背面钝化膜铝浆完成金半接触国产化程度较高适合印刷细栅线的银浆背面有高掺多晶硅薄层需开发用于多晶硅层接触并最N-TOPCon采用物理气相沉积技术实现全被金属接触大程度降低金属诱导复合速率的浆料难度极大需根国产替代加速据多晶硅厚度参数调整非晶硅层对温度敏感电池片制造温度需低于200度N-HJT低温固化银浆在双面印刷电极栅格国产化程度低搭配特制低温固化银浆来源Solarzoom国金证券研究所银包铜浆料方案是HJT电池实现少银化的重要一步银包铜用银包覆铜在保证光电转换效率的同时减少银的用量铜与银的电阻率相差不大但化学性质不稳定抗氧化能力差受环境影响严重银则存在迁移率低成本高等问题银包铜在技术层面可以解决银的迁移问题异质结电池的低温工艺可以有效抑制铜的抗氧化问题在经济层面用铜替代一部分银降低了银浆成本日本的银包铜技术已经进入量产阶段KE公司的浆料含银量可低至44正在向30突破预计2023年将实现国产替代金刚华晟计划在今年量产线导入银包铜浆料银浆用量快速增长后期或受限于贵金属属性随着光伏装机实现快速增长所带动光伏电池片产能加速扩张光伏银浆用量逐年增加根据世界白银协会统计2016年全球光伏银浆耗量2331吨2021年全球光伏银浆耗量3478吨近5年年均复合增速为833而光伏银浆价格以银点价格为基准根据不同的银浆种类上浮不同的价格考虑到未来光伏装机的高增速与银的贵金属属性相矛盾后续价格很容易出现波动从而造成银浆价格随之上涨即使随着技术进步电池的单位正银用量有所下降但在未来几年光伏电池N型化的大背景下纯银浆料的总需求量或仍呈上升趋势2021年中国光伏银浆消耗量3074吨在全球用银占比中接近12考虑到光伏未来几年的高景气度后续占比将持续提升因此少银化去银化迫在眉睫敬请参阅最后一页特别声明6行业深度研究图表8当前电池片环节成本结构图表9全球光伏用银需求占比吨来源Solarzoom国金证券研究所来源世界白银协会wind国金证券研究所备注以M10硅片规格价格622片进行测算2接触式金属化工艺丝网印刷仍为市场主流改进空间大金属化工艺分为接触式和非接触式接触式金属化是指需要设备与硅片进行接触制得电极目前常用的丝网印刷即属于接触式金属化工艺技术以丝网印刷为代表技术改进主要围绕图形化展开丝网印刷分两个环节电极印刷和烧结带有栅线形状的网板只有栅线部分能使浆料穿过其他部分的小孔都是被堵住的硅片放置于网板下方浆料倒至网板上方使用刮刀将浆料铺满网板浆料渗入可通过的孔隙在硅片上留下图案即栅线再通过烧结使浆料固化在已形成p-n结的硅片上用作电极图表10丝网印刷示意图来源国金证券研究所绘制丝网印刷的优化目前主要从材料和设计出发材料方面通过银浆国产化银包铜技术等降低银浆成本和耗量设计方面通过对主细栅的设计优化如提高栅线质量增加主栅数量减小细栅宽度等提高电池的转换效率减少银浆消耗降本路径1钢版印刷常规丝网印刷使用的是网版由钢丝织成通过在网纱上根据相应位置设计涂敷乳胶实现印刷但在印刷过程中由于丝网开口率普遍低于75细栅部分不可避免地会受到钢丝网的遮挡钢版印刷使用高清都合金钢片开口率达100在细栅区域无任何遮挡同时钢版寿命长制作简单对栅线形状的保持能力也更佳根据2022年华晟发布会披露华敬请参阅最后一页特别声明7行业深度研究晟M6版型异质结电池使用单面钢版印刷可使单瓦银耗降低15mg使用双面钢版印刷预计可降低单耗2530mg图表11网版参数来源光伏前沿国金证券研究所图表12丝网印刷网版变化常规网版-斜网无网结网版-直网全开口钢版现阶段大量使用使用现有丝网材料无料源受限问题可实现100开口落墨区优点价格便宜无需更改现有制程制作简单价格具有竞争力操作简单细栅数无限制钢版寿命厂无点破漏墨问题网版制造良率低因图形需放置在开口区域内其纱线直线度要求线宽难以达到30um以下极高纱网形变难以控制图形设计需使用4BB以上设计缺点高目数细沙径网布材料费高细栅线间距无法固定无法制作双层印刷需具备双套印刷设备纱径微小化开发困难每片网版图形略有不同造成效率不稳定网版制作工时长量产产能低开口率75开口率100线高15um线高14um产品特征线宽50um线宽26um未来有望达20um银浆单耗50mg90线细栅银浆单耗35mg净节省20示意来源迈为股份公众号摩尔光伏国金证券研究所敬请参阅最后一页特别声明8行业深度研究降本路径2多主栅技术2010年起光伏电池栅线设计朝着增加主栅数量和减小栅线宽度的方向发展基本逻辑是在印刷端通过减少银浆用量降低成本多主栅技术从2BB一路发展到近几年的MBB以及目前出现了在MBB基础上发展的SMBB技术无主栅技术等图表13多主栅技术发展路线来源摩尔光伏国金证券研究所2BB到MBB的设计优化体现在主栅数量及宽度的变化一方面减少了银浆用量另一方面缩短了电流的传导距离电阻损耗减少使电池效率得到提高MBB技术的推出迅速抢占市场得到广泛应用根据CPIA统计2021年9BB及以上技术占比高达89成为主流未来市占率还将进一步提升SMBB技术将主栅数增加至12及以上在主栅增加的同时配合更细的焊带提高串焊精度降低主栅PAD点面积减小主栅宽度降低银浆耗量提升转换效率目前主流厂商SMBB主栅数已增加到16-20线径降低到026mm图表14通过焊带演变趋势看主栅宽度变化图表15主栅技术市占率变化来源宇邦新材招股说明书国金证券研究所绘制来源CPIA国金证券研究所敬请参阅最后一页特别声明9行业深度研究图表16华晟异质结不同版型电池银耗变化来源华晟新能源新品发布会论坛国金证券研究所为进一步去银降本市场研发方向朝无主栅技术推进即采用铜丝焊带替代原有银主栅直接汇集细栅电流并实现电池片之间的互连根据焊带与电池片互连方式不同目前可将无主栅技术分为SmartWire方案和点胶焊接方案SmartWire方案通过层压复合物薄膜实现铜栅线和细栅的互连最早由瑞士光伏设备企业MeyerBurger于2012年应用该种技术并不是没有主栅而是将主栅数量增加到18条以上同时可以做得更细更薄主栅直接链接到相邻电池的背面代替了传统焊带的角色在汇流同时实现电池互联不再是传统意义上的主栅SmartWire技术中的主栅材料多为铜线可降低电池片银耗近80除MeyerBurger外德国Schmid美国GT公司也推出了自己的无主栅技术路线与SmartWire类似由于SmartWire专利限制国产设备厂商主推点胶焊接无主栅方案点胶焊接方案无需复合物薄膜而是通过点胶体连接焊带与电池片细栅与焊带直接接触相连采用密集多焊丝设计增加细栅线与焊丝的接触点银浆单耗可降低50以上2022年以来我国无主栅产业化节奏加快电池组件方面东方日升爱康科技陆续推出0BB电池组件设备方面奥特维迈为先导智能无主栅设备已进入到中试和验证阶段3非接触式金属化工艺众望所归为未来行业趋势非接触式金属化指硅片与设备不发生接触制得电极如激光转印铜电镀等非接触式相比接触式金属化更能节省银浆用量降低成本31激光转印为较为成熟的非接触式金属化工艺有望小规模放量激光图形转印技术PatternTransferPrintingPTP最早来自以色列Utilight公司并取得全球专利2020年成为帝尔激光的全资子公司主营激光技术的研发以寻求与以色列激光高科技技术和团队展开全面合作帝尔激光转印已在PERC产线上已完成论证TOPCon的实验论证也在进行中公司致力于提供激光转印整线解决方案前后道工序均由公司独立研发进行激光转印技术采用激光图形化扫描将浆料从柔性透光材料转移至电池表面从而形成栅线具体包括浆料填充和转移两大工艺步骤1将浆料填充至刻有沟槽的银浆载板上沟槽为所需栅线形状2银浆载板倒置于电池片正上面激光照射载板背面利用激光能量高的特点汽化浆料掉落在电池片表面激光转印适用于所有电池技术也适用于所有类型的浆料低高温银浆铜浆银包铜等敬请参阅最后一页特别声明10行业深度研究图表17激光转印原理图来源InvestigationofThick-Film-PasteRheologyandFilmMaterialforPatternTransferPrintingPTPTechnology国金证券研究所绘制站在当下时点激光转印的主要优势在于1栅线更细浆料节省更多2印刷高度一致性均匀性好低温银浆同样适用3可以兼容不同的电池工艺和电池结构提高电性能4非接触式印刷更能保证硅片在生产过程中的完整性降低破片率满足未来薄片化趋势激光转印技术也具有明显的技术壁垒现阶段如何更好地匹配不同浆料与激光功率之间的关系仍需要一定时间的摸索激光功率过低不利于浆料与载板分离顺利落下激光功率过高浆料汽化过度反而容易改变载板形状增大栅线线宽此外转印膜寿命后续污染处理问题也尚处在突破阶段图表18激光转印技术优势优势技术简介栅线更细节省浆料可做到18m以下的线宽和更优的高宽比浆料节省30印刷一致性较高均匀性优良误差仅有2m可以改变柔性膜的槽型根据不同的电池结构来实现即定的栅线形状改善电性能采用更窄产品性能更优生产速度更快的金属结构生产更薄的太阳能电池同时可以提升硅晶圆产量和生产速度激光转印为非接触式印刷可以避免挤压式印刷存在的隐裂破片污染划伤等问题同时未来硅片薄片化趋势薄片化会带来更多隐裂问题激光转印由于非接触式印刷在激光作用下契合硅片薄片化趋势银电极不需要再与晶圆接触对超薄太阳能电池晶圆不会产生压力从而降低晶圆的破片率无接触激光转印工艺最高可将太阳能电池晶圆的断裂率减少80来源帝尔激光公告国金证券研究所图表19激光转印对不同类型电池技术银浆耗量的影响电池类型传统金属化技术丝网印刷激光转印技术单瓦银耗mgw节约银浆耗量效率提升PERC1525-30TOPcon10-202001HJT25-30线宽40m30-40线宽22m03来源帝尔激光公告国金证券研究所2022年9月帝尔激光宣布激光转印订单首台设备正式出货标志着光伏电池激光转印技术开发取得关键进展激光转印设备正式由中试验证进入量产阶段公司前期已有激光转印设备在3家公司交付单线或整线量产验证设备适配PERCTOPConHJTIBC等多种电池工艺路线32电镀工艺或为下一代金属化环节主流工艺产业化步伐持续加快电镀铜是降本增效的双优化路径从栅线成分角度铜电镀得到的栅线为纯铜电阻率约为2ucm丝网印刷技术使用的银浆由于掺杂了有机物栅线电阻率大幅增加至约5ucm因此铜栅线的电流输运效率更高从工艺角度电镀铜采用图形化技术相比丝网印刷可以实现更低的线宽减小遮光面积提高效率从成本角度金属原材料银价比铜价高出2个数量级用铜栅线替换银栅线能够大幅度降本对异质结电池技术落地尤有吸引力敬请参阅最后一页特别声明11行业深度研究图表20铜栅线较银栅线拥有多项优势图表21铜栅线较银栅线固化后形貌更好银栅线铜栅线直接材料成本低银6000元kg铜60元kg栅线窄高宽比高3040um2040um降低遮光面积电阻率310ucm17ucm低温工艺效率提升0305来源国电投公开论坛资料国金证券研究所来源ControllableSimultaneousBifacialCu-PlatingforHigh-EfficiencyCrystallineSiliconSolarCells国金证券研究所图表22沪铜指数人民币千克图表23沪银指数人民币千克来源wind国金证券研究所来源wind国金证券研究所电镀技术基于氧化还原反应遵循法拉第电解定律电镀溶液通电后其中的金属阳离子受电位差的作用而移动到电池表面的导电固体沉积形成金属镀层在电镀铜过程中电镀液里的铜离子Cu2还原覆盖至阴极表面阳极的铜单质氧化以补充电解液中的Cu2铜离子氧化还原析出量与通过的电量成正比敬请参阅最后一页特别声明12行业深度研究图表24电镀铜原理图来源国金证券研究所绘制铜的电镀使用五水硫酸铜作为主要电镀液原料在工业应用中电解液里还会有酸H2SO4氯离子和添加剂辅助剂用以提高阴极铜沉淀时的分布均匀性光亮剂用以提高铜的沉积速率氯离子可以提高添加剂在阴极铜上的吸附能力使添加剂更高效地发挥作用硫酸铜电镀的阳极使用含磷的铜球电解产生的阳极黑膜磷化铜Cu3P2具有金属导电性保证电镀铜的质量和工艺稳定性图表25电镀液原材料作用原材料作用浓度过低影响浓度过高影响五水硫酸铜提供电镀所需铜离子提高导电能力易导致高电流区烧焦电镀液分散能力下降CuSO45H2O硫酸铜离子迁移率降低电镀效率降低镀提高电镀液导电能力电镀液导电性下降分散能力下降H2SO4层延展性差氯盐帮助阳极溶解协同添加剂使镀层光镀层粗糙易出现针孔和烧焦阳极钝化铜沉淀排列致密性差Cl-亮平整降低镀层应力添加剂改善镀层均匀性结晶性镀层不光亮易出现烧板现象产生缺陷镀层硬脆可靠性降低来源国金证券研究所整理铜极易与空气中的水氧气二氧化碳发生反应生成铜绿Cu2OH2CO3铜绿的导电性很差会增加栅线电阻降低电流输出效率因此铜电镀后会继续在栅线表面镀微米级厚度的锡常温空气中锡表面会生成一层致密的氧化膜阻止锡继续氧化因此镀锡铜的耐蚀性和可靠性将大幅提高工业应用中镀锡环节的主流工艺分电镀和化学镀电镀通过外部电源实现电位差化学镀通过置换反应实现电位差无需电镀设备敬请参阅最后一页特别声明13行业深度研究图表26铜电镀在电池工艺流程中的位置来源晶体硅太阳电池研究进展国金证券研究所绘制321铜电镀图形化设备及工艺详解丝网印刷本质上是图形化和金属化集成的技术而铜电镀则将图形化和金属化分开电镀工艺只负责金属化必须在前端搭配图形化工艺图形化也就是俗称的光刻是先在硅片上涂敷一层干膜或者湿膜将带有所需图形的掩模版覆于硅片上方曝光后油墨或胶受光分解在显影液中脱落完成图形转移目前行业内在图形化工序之前必须先镀一层铜的种子层一是在满足电镀铜过程中的导电需要二是增强电极与透明导电薄膜之间的结合力防止脱栅图表27铜电镀总流程来源2022年HJT技术峰会国金证券研究所绘制干膜是一种有机物俗称光刻胶在紫外线照射下进行聚合反应形成一种稳定的物质附着在衬底上从而阻挡电镀和刻蚀湿膜即感光油墨可在紫外光照下固化干膜易于操作稳定湿膜成本更低更符合细线化需求传统的图形化方式有干膜汞灯湿膜汞灯的组合汞灯用于提供曝光所需的紫外光源图表28图形化工艺综合对比成本设备需求工艺步骤最小开口尺寸对比结果工艺步骤简单设备成本低图形开丝网印刷低丝网印刷机紫外-热固化设备较简单50um口尺寸难以降低设备需求高图形化精度高开口尺干膜曝光显影较高干膜-曝光-显影机设备需求高较复杂20-25um寸小成本高良品率低设备可整合成掩膜机印-曝光-显湿膜曝光显影较低印刷-曝光-显影较简单15um影成本低良品率高来源国金证券研究所绘制敬请参阅最后一页特别声明14行业深度研究在图像化阶段无论使用干膜or湿膜曝光都是必不可少的一个步骤相关光刻设备也是目前整个电镀铜工艺中研发难度最大价值量最大的环节根据是否需要使用掩模版可以将光刻分为掩膜光刻和直写光刻掩膜光刻即需要掩膜版对图案部分进行保护经过PCB领域的多年发展目前可分为接近接触式光刻光学投影式光刻接近接触式光刻是最成熟的光刻技术使用汞灯作为光源利用电极控制掩模版和衬底之间的间隙调节接触方式调整掩模版和衬底相对位置和角度实现对准曝光相比接触式对材料和掩模版的污染接近式中掩模版与衬底保持约10um的距离在保证材料质量的同时延长了掩模版的使用寿命但其分辨率较低工业生产中一般只在3um以上不需要高分辨率的情况下使用投影式光刻使用汞灯或紫外激光作为光源采用透镜成像原理通过光学投影系统将图形转移至衬底上进一步提高了掩模版和基片之间的距离避免物理接触这一原理也使得掩模版和衬底的大小不需要再是11以此又衍生出步进式光刻步进式可适配大尺寸基片保持透镜尺寸不变通过调整掩模版和衬底的尺寸比例为n1n一般为4或5再将基片分为几个小区域先曝光一个区域结束后通过步进器只需调整基片位置使下一个区域对准曝光位置进行曝光即可投影式光刻的分辨率为025m1um在精度产能方面能满足大多数制程需求是当前的主流光刻技术之一直写光刻将掩膜和曝光结合不需要掩模版转移图形用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直接进行扫描曝光省去多个环节节省时间成本提高工作效率根据辐射源的不同分为带电粒子直写光刻光学直写光刻带电粒子直写光刻的辐射源选用电子束或离子束高能电子波长短分辨率高可用于纳米尺度的微细结构加工但电子束发射器成本昂贵难以精准控制刻蚀深度需要先长时间积累高能电子再进行作业不适合量产需求离子质量大可以减小邻近效应但穿透深度不够能量分散导致分辨率较低光学直写光刻主要是指激光直接成像技术LaserdirectimagingLDI通过光学反射原理获得大量激光束同时进行扫描分辨率100nm500nm且可以实现高速的无掩膜光刻图像解析度高在光伏领域使用可匹配细线化提升产品良率满足量产需求LDI的核心零部件是DMD数字微镜其主要原理是利用计算机把对应的光刻图案输至DMD芯片中DMD微镜阵列根据光刻图案调整对应的微镜转角同时准直光源照射至DMD微镜阵列表面产生与光刻图案相符的光图像光图像通过投影曝光镜头成像至基材表面基材在受控的运动平台上完成多次往返扫描运动和图形拼接实现任意图形的高精度光刻敬请参阅最后一页特别声明15行业深度研究图表29光刻技术分类来源芯碁微装招股说明书国金证券研究所绘制图表30传统曝光技术与LDI区别传统曝光技术LDI激光直写技术受限于底片的图形解析能力光纤经底片透射后发生角度变化无需底片解析能力由微镜尺寸及镜头缩放倍率光刻精度底片与基板贴合的平整度等因素影响线宽解析能力目前曝决定可以实现10um精度的线宽光精度30um根据基板的标记点直接测量实际型变量实时修对位精度底片吸收光致热产生热膨胀影响对位精度改曝光图形避免底片热膨胀问题对位精度高避免底片使用中带来的缺陷光刻对位精度高良品率因使用底片光刻精度对位精度较低影响产品良率因此良率高生产节拍需要对位摆放底片拉长了工艺流程直接曝光生产节拍高直接生产成本底片使用寿命数千次底片耗材及相应的动力人工成本节约了底片的物料人工动力成本自动化水平高减少了人为因素带来的生产质量自动化水平自动化水平略低人工环节多成本高问题来源芯碁微装招股书国金证券研究所绘制敬请参阅最后一页特别声明16行业深度研究图表31三种图形化方式优缺点对比干膜汞灯湿膜汞灯湿膜LDI设备投资低产能大集成成熟印刷设备PCB显示屏行业应用广汞灯曝光设备成熟优点油墨成本低工艺成熟度高油墨成本低精度高利用提高效率无需掩模版单片成本低干膜成本高油墨残留自动化摆片精度要求高包边工艺难易产生皱膜偏移等不良单面曝光油墨残留缺点需用掩模版等易耗品自动化要求高边缘曝光难设备投资成本高产能低单面曝光产能较低汞灯为接触式曝光高产能的设计方案不成熟暂时无工艺方案来源国金证券研究所整理322铜电镀电镀设备及工艺详解按照电池片悬挂方式分类目前主要的电镀铜技术包括垂直电镀和水平电镀光伏行业的电镀技术承袭自PCB电镀铜垂直电镀技术使用导电性能良好的挂具悬挂电池板使其浸没在电镀液中作为阴极后为适应光伏行业需求进行了一定的改良并衍生出连续垂直电镀改良后的垂直电镀采用夹点式接触即挂具和电池板为点接触减小了挂具对电池片的遮挡面积连续垂直电镀工艺不含去膜和镀化锡工序增加对挂具的清洗工序结构简单操作方便可兼容多种尺寸的电池片槽体大液面相对平稳保障电镀过程稳定图表32连续垂直电镀示意图来源罗博特科官网国金证券研究所绘制垂直电镀技术在光伏行业中的应用表现出一些水土不服现象电池片上难以做夹点电池片本身太薄影响碎片率自动化困难等在垂直电镀的基础上水平电镀技术延伸发展水平电镀技术使用导电辊将电池板沿平行于电镀液液面方向传送不需要做夹点对电池片尺寸厚度没有要求电镀均匀性更好且电镀传送速度快符合光伏量产需求水平电镀技术成为各厂商研究的重点方向包括太阳井捷德堡在内未来有望成为主流电镀技术敬请参阅最后一页特别声明17行业深度研究图表33水平电镀示意图来源罗博特科官网国金证券研究所绘制图表34电镀技术路线主工艺流程及设备来源国金证券研究所绘制4思考从HJT角度看金属化环节走向铜电镀的必然性电镀铜和HJT电池的升级逻辑一致HJT电池制程简单工艺成本低工艺过程中的效率损失小实际可实现的光电转换效率更高电镀铜以纯铜作电极实现去银化金属导电率也明显优于引入了有机溶剂的低温银浆银包铜方案两者均是从降本和增效的双重路径进行技术迭代此外透明导电层TCO的技术发展也使得电镀铜在HJT电池制备中成为更有优势的金属化工艺HJT电池电极直接接触TCO层与PN结和载流子输运区域无直接关系TCO作为连通太阳能电池光生伏特效应和输出的重要桥梁承担着透光和导电的双重作用TCO层的材料选择以低电阻高透过为基本要求目前市场上普遍使用氧化铟锡ITOITO通过在氧化铟中掺杂锡制备得到是透明导电薄膜领域应用较为成熟的材料但在光伏应用上存在3个明显缺点1元素铟资源稀有价格昂贵2铟锡氧化物微毒在产业化过程中对人体和环境都会造成危害3刻蚀艰难绒面结构难以实现导致光散射能力较差因此光伏行业TCO去铟化进程更多是在透明导电材料选择上的迭代而非ITO掺杂成分或含量上的更新铝掺杂的氧化锌AZO是目前便宜无毒光电性能可媲美ITO在太阳能电池中最具发展潜力的透明导电材料虽然AZO的电阻率始终比ITO大1个数量级但其高透射率窗口比ITO宽随膜厚变化较小光学性能更优在厚度允许的情况下两者的品质因子可达到相同数量级即光电综合性能相当在AZO作为透明导电层的未来电镀铜工艺能更好地保证转换效率敬请参阅最后一页特别声明18行业深度研究电镀铜工艺降本增效实力强劲设备成本仍有突破空间电镀铜金属化环节成本主要包括设备成本掩膜成本假设为低成本湿膜路线添加剂成本和其他成本根据目前电镀铜产业化进度我们假设应用于HJT电池片的电镀铜前道设备6000万元GW后道设备9000万元GW设备折旧期限为十年根据调研口径目前电镀铜湿膜成本约为003元w添加剂成本为002-003元w按以上假设我们测算目前电镀铜环节总成本可达008元w较当前HJT浆料单瓦成本节约4分钱与55开银包铜路线的降本程度持平但考虑到电镀铜环节实际所带来的效率提升实际成本预计将低于银包铜0BB方案电镀铜产业化目前仍面临产能不足良率低设备及湿膜成本较高等问题预计后续技术将继续攻克痛点设备和湿膜成本有望降低叠加薄片化等技术为HJT工艺带来更大的降本空间图表35不同降本路线假设下HJT浆料成本的对比元w来源solarzoom国金证券研究所测算异质结友好型的钙钛矿叠层技术备受认可基于当前晶硅电池成熟的市场环境和对钙钛矿可靠性的质疑钙钛矿晶硅叠层电池相比纯钙钛矿电池更容易被市场接受在N型电池新技术中TOPCon结构复杂叠加钙钛矿需要去除绝缘的氧化铝将氮化硅改为透光性较差的TCO这使得TOPCon失去了本身的高电流优势HJT结构对称工艺简洁本身结构中的TCO层也与钙钛矿适配因此异质结和钙钛矿的叠层方案更为理想根据HJT对栅线导电率和电池效率的追求钙钛矿HJT叠层电池的正背面栅线工艺也必然走向电镀铜电镀铜同样也是纯钙钛矿电池栅线降本路径环境对钙钛矿材料长期性的制约使得纯钙钛矿电池必须表现出远超晶硅的光电转换效率才能获得市场的进一步认可除了材料本身的高效率优势外在电流输运效率也极为关键考虑到成本和稳定性的需求单结钙钛矿电池的TCO层材料多选用FTO其光电性能相比ITO并不具有优势此时就对栅线的导电性和稳定性提出了更高的要求因此电镀铜无疑是纯钙钛矿电池金属化降本的必由之路5投资建议建议关注两个方向当前在接触式金属化环节领先且有电镀工艺储备的头部电池设备厂重点推荐迈为股份在非接触式金属化工艺有布局且已有中试设备较为成熟的设备厂商建议关注苏大维格芯碁微装东威科技罗博特科迈为股份丝网印刷设备领军者HJT设备技术开拓者公司主营太阳能电池丝网印刷生产线成套设备构建九宫格产品矩阵多层次立体化布局光伏显示半导体三大领域在HJT设备方面自2019年1月启动HJTPECVD及其配套设备迈为先后首创性地研制了第一代产能200MW第二代产能400MW第三代产能600MW的PECVD整线设备2022年市占率超过802022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M62745cmN型晶硅异质结电池其转换效率高达2641该电池片电极由SunDrive在其无种子层电镀设备上敬请参阅最后一页特别声明19行业深度研究完成通过不到一年的技术迭代及工艺优化双方联合开发的无银异质结电池转换效率屡次获ISFH认证从2554迅速攀升至2641目前公司在铜电镀技术中有整线方案储备图表36公司九宫格产品布局来源迈为股份官网国金证券研究所苏大维格纳米压印光刻龙头横向切入光伏电镀铜及激光转印环节公司是国内领先的微纳结构产品制造和技术服务商相继开发多个系列覆盖纳米级和微米级的光刻机与压印设备产品涉及公共安全新型印材消费电子新材料等领域公司近年来切入光伏设备领域公司自行开发的光伏铜电镀曝光设备采用了掩模投影曝光的方式有利于协助下游厂商的降本增效目前公司正在积极与光伏厂商进行深度对接和测试图表37公司太阳能电极设备及材料处于产业化进程中来源苏大维格年报国金证券研究所芯碁微装国内直写光刻设备龙头公司以直写光刻技术展开产品布局深耕PCB及泛半导体领域是国内少数在光刻技术领域里拥有关键核心技术并具有全球竞争力的相关设备供应商公司2021年切入光伏电镀铜环节截至目前公司已实现了在实验室条件下满足5m以下线宽的铜栅线曝光需求的直写光刻设备产业化同时提供量产线实现最小15m的铜栅线直写曝光方案产能达到6000片小时对位精度10m不但可以满足HJT的应用也可满足XBC高效电池的高对位要求并支持210mm的整片和双半片光伏电池的制造东威科技垂直电镀技术代表设备厂商公司主营业务为高端精密电镀设备涉及PCB五金动力电池及光伏多个领域在行业内率先实现VCP电镀设备设计标准化生敬请参阅最后一页特别声明20