光伏设备行业专题：光伏铜电镀，降本增效利器，市场向好趋势明确

互推小编 2023-11-18

（报告出品方/作者：华西证券，毛冠锦）

核心观点：

去银化趋势下，铜电镀工艺优势凸显。电镀优势在于成本低、电池接触性能高、电池损耗率低、不易氧化等。根据我们测算：1）丝印HJT非硅成本约0.31元/W，比PERC非硅成本高出0. 07元/W，电镀HJT为0.23元/W，已经基本和PERC打平。2）银耗量方面，丝印HJT电池达到0.152元/W，显著高于PERC电池0.06元 /W和TOPCon电池0.08元/W的水平，而铜电镀HJT电池浆料及其他材料成本约0.05元/W。若铜电镀量产，我们认为单瓦成本仍有进一步降低的空间：1）设备中长期来看有降本空间，降低折旧成本；2）药剂、油墨等材料也有下降空间。3）薄片化降低硅片成本。

产业化稳步推进，设备市场规模可期。海源复材、天合、通威、宝馨科技、爱旭、隆基等布局无银化技术，如海源复材在电镀铜技术已趋于成熟，降本增效比较明显，2023具备产业化，2024年开始形成规模化产能；宝馨科技铜电镀技术及设备目前已完成中试供货，同时正在量产化研发设计中。产业化推进，设备厂商率先受益，规模产业化后铜电镀设备产线投资额有望由目前的1.5-2亿元/GW降低至1-1.2亿元/GW。根据我们测算，2026年HJT铜电镀设备市场规模将达86亿元，其中曝光机和镀铜设备市场规模分别为27亿元和30亿元。

铜电镀工艺中图形化环节路线不一，电镀铜环节仍存技术难点。种子层制备中PVD制备工艺为主流：种子层制备是为了改善铜金属电极与TCO间的粘附性，常用经济效益高的铜金属。制备方法有PVD、 CVD、喷涂、印刷等，其中PVD为主流方法。此外，如迈为股份已采用无种子层电镀方案，提高HJT转换效率至25.94%。图形化工艺成熟但路线不一，选择最优路线降低成本是关键：图形化环节包括喷涂感光胶层、曝光、显影，其中主要感光材料有干膜、湿膜、光刻胶。曝光、显影环境是将图形转移至感光材料上，主流技术有普通掩膜光刻技术、激光直写技术、激光转印等，其中激光直写式光刻是铜电镀领域中的主流技术。该环节采用的曝光机为核心设备，主要布局企业有芯碁微装、苏大维格、天淮科技等。

电镀铜环节仍存技术难点待突破，设备厂商加快布局：电镀方式主要有垂直升降式电镀、垂直连续电镀及水平电镀等。其中，垂直电镀工艺更为成熟，但效率或存在瓶颈；水平电镀容易实现自动化但目前镀铜均匀性较差。电镀设备厂商主要有东威科技、捷得宝、罗博特科、钧石能源等。其中，东威科技已实现8000片/小时光伏垂直镀铜设备研发；罗博特科已完成设备内测，已发往客户端验证；钧石能源、太阳井、捷德宝电镀设备也在推进中。

一、金属化工艺多样，高效电池片降银需求加强

1.1.金属化：工艺路线多样，丝网印刷是主流

金属化是光伏电池片关键工艺之一，主要用于制作光伏电池电极，将PN结两端形成欧姆接触，实现电流输出。目前光伏电池金属化环节中共有银浆丝网印刷、银包铜、铜电镀、喷墨打印、激光转印等。其中目前量产线上基本采用丝网印刷工艺，银包铜、铜电镀、激光转印等工艺仍未实现大规模产业化。

丝网印刷：利用丝网图形部分网孔透浆料，非图文部分网孔不透浆料。印刷时丝网一端倒入浆料，用刮刀实施压力并朝丝网另一端移动。油墨在移动过程中被刮板从图形部分网孔挤压到基片上。浆料的黏性作用使印迹固定在一定范围内，印刷过程中刮板和丝网印版和承印物接触，接触线随刮刀移动。当刮板刮过整个印刷区域后抬起，丝网脱离基片，工作台返回到上料的位置。丝网印刷也存在几点不足：一是容易造成污染和原料浪费，二是目前印刷精度和印刷细栅的高宽比很难再提高，但更大的高宽比金属栅极却是提高电池光电转换效率的关键环节。

1.2.银耗量：HJT电池采用低温银浆，且银耗量较高

光伏电池主流技术现状：市场上主要有P型与N型太阳能电池，其中N型电池具有转换效率高、双面率高等特点，制备技术包括TOPCon、IBC、HJT。其中，TOPCon已开始大规模量产，N型HJT具有能耗少、转换效率高、双面发电等技术优势，未来渗透率有望提升。从单瓦银浆耗量来看，HJT银耗量最高。PERC银耗量为10-15mg/W，TOPCon银耗量为10-20mg/W，HJT银耗量为20- 25mg/W。HJT电池银耗量约为PERC的2倍，低温银浆占总成本约20%，占电池片非硅片成本比重近50%。在HJT电池中，一方面异质结电池正反两面都有银电极，增加了贵金属银的用量；另一方面所使用的银浆为低温银浆，仅占银浆总供应量的2%。虽我国低温银浆正快速国产化，但低温银浆由于需同时满足印刷和固化工艺，工艺流程严苛，大部分需要从杜邦、汉高、贺利氏等海外公司进口。

1.3.银包铜&铜电镀：电池工艺升级，少银或无银化趋势加强

银包铜是为减少银浆使用量而延伸出来的工艺，利用铜代替部分银，采用化学镀技术，经过特定的成型及表面处理工艺，在超细铜粉表面形成不同厚度的银镀层，兼备银和铜的优点。当铜粉粒径增大，铜粉分散性能更好，分散剂对银氨络离子与铜粉的接触阻碍减小，更易发生置换反应，包覆在铜粉颗粒上的银含量更高，银包铜的电阻率会减小。当银包铜的包覆温度低于50℃时，银包铜粉的银含量增加平缓，电阻率大；高于50℃后，银含量急剧增大；当包覆温度达到70℃左右时，银含量达到最大值。但随着温度的升高，铜粉表面会氧化阻碍银在铜表面的沉淀。

银包铜技术能够使银耗量降低，但缺点是效率无法提升，且可能会出现新的问题。1）银与铜的熔点与硬度不同，在高温情形下会出现脱银、铜氧化提高电阻等现象，所包裹的银的均匀性降低；2）丝网印刷工艺中球粉颗粒需要具有足够的过网性，这就要求铜粉的直径小于15微米，加工成本大幅增加；3）组件的质量可靠性与工艺的性能测试还有待验证。

二、铜电镀：去银化趋势下的新选择-工艺&设备

2.1.铜电镀：主要工艺流程及设备

铜电镀是电池片电极金属化环节中降低成本、提高效率的重要技术。铜电镀工艺流程为：1）种子层制备：具体工艺为镀种子层，主要是增加铜镀层和透明导电薄膜之间的附着力，防止电极脱落；2）图形化：具体工艺包括喷涂感光胶层，曝光、显影，显现出在感光胶上的图形；3）电镀：这是金属化的一步，将电池片插在电解池中还原溶液中的铜离子为铜金属，完成铜的沉淀；4）后处理：主要包括去感光胶、刻蚀种子层，镀焊接层等流程，前者主要采用清洗机对残留在表面的感光胶进行处理，露出种子层，并刻蚀种子层；后者主要目的是通过电镀锡保护层，防止铜氧化，延长电池寿命。在铜电镀设备中，曝光和电镀设备为两大核心设备。

2.2.铜电镀：种子层制备，通常采用PVD设备

种子层的制备是为了改善铜金属电极和透明导电薄膜（TCO）之间的粘附性以及电性能，同时防止烧结后铜向硅内部的扩散。种子层厚度约为100nm。种子层的制备材料：金属铜（Cu）、镍（Ni）、铜镍合金、钛（Ti）、钨（W）。所用材料需要具有不易氧化、低电阻率并与TCO膜层接触好、耐电解液腐蚀、可被刻烛工艺腐蚀的特性。其中，镍价格相对便宜，但铜具有更低的接触电阻，而钛和钨价格高经济效益不高。

种子层的制备方法：物理气相沉淀（PVD）和化学气相沉淀（CVD）、喷涂、印刷等方法。由于PVD方法技术门槛较低，因此目前PVD制备种子层为主流方法，其中主要采取溅镀技术溅射金属层。在制备过程中，种子层制备可与透明导电薄膜制备使用同一台PVD设备，或使用两台PVD设备，只需将靶材更换为金属铜。此外，已有部分企业采取无种子层电镀方案。如迈为股份采用低铟含量的TCO工艺结合SunDrive公司的铜电镀栅线（栅线宽度可达9μm，高度7μm），联合将低成本HJT电池的转换效率提高至25.94%。

图形化是铜电镀工艺中核心环节之一，包括喷涂感光胶层，曝光、显影。其中，感光材料有：1）干膜材料；2）光刻胶；3）湿膜油墨。其精度均满足铜电镀工艺要求，材料的选取与使用的图形化工艺有关。干膜：一种高分子材料，通过紫外线照射后产生一种聚合反应，形成一种稳定的物质附着于板面，达到阻挡电镀和蚀刻的功能。其优势在于提高电镀的均匀性，操作简单，但设备成本较高，工艺更为复杂。湿膜：指对紫外线敏感，并能够通过紫外线固化的感光油墨。优势在于油墨的价格远低于干膜，能够满足光伏行业量产的需求；且所需设备数量少；所制备的铜栅线更窄，可控性更强。劣势在于残余油墨不太容易去除，易影响电池电流密度，目前也在不断改进中。

光刻胶：又称光致抗蚀剂，是指通过紫外线、电子束、离子束、X射线等照射，其溶解度发生变化的耐蚀剂刻薄膜材料。根据显影原理可分为正性光刻胶和负性光刻胶，前者被曝光的区域溶于显影剂中，在蚀刻过程中光照区域被去除，留下光线未照到区域；后者则相反。在传统掩膜工艺中，常采用湿膜+曝光显影结合，主流技术为喷墨打印、丝网印刷、喷印刻槽等。若采用前两者技术，可在喷涂感光材料的同时直接印刷出图形，工艺简单，减少曝光显影步骤的成本；缺点在于所生产的铜栅线具有上宽下窄的特点，降低光照效率。若采用丝网印刷工艺，与金属化丝印设备相同。

曝光、显影环节主要是将图形转移至感光材料上。主流技术如下：1）普通掩膜光刻+显影；2）激光直写+显影；3）喷墨打印；4）激光开槽。其中，激光直写式光刻技术是目前光伏铜电镀领域最为主流的技术，掩膜光刻也有厂家在推进。普通掩膜光刻技术：分为接近、接触式光刻、投影光刻。其中，投影式光刻技术是通过掩膜板，激光发射器发射一束光至镜面，再反射至掩膜板上，掩膜板将初始设计的图形转移至感光材料上，再进行铜电镀。该技术虽然能够生成比例更小、更精细的图像，但是成本过高，实际应用仍未落地。

激光直写技术：无需掩膜版，通过计算机控制的高精度光束将所涉及的图形投影至光刻胶基片表面，直接进行扫描曝光。该技术的精度满足铜电镀要求，且可节约掩膜版的成本。激光开槽：节约曝光显影步骤的成本，技术壁垒较高，难以控制开槽宽度。开槽过窄可能会导致槽形状不佳，过宽会导致激光能量过强容易损伤电池表面，且对TCO薄膜损失严重，因此不适合HJT电池使用，但在TOPCon/IBC电池中能够应用。

三、光伏铜电镀工艺设备市场规模测算

3.1.光伏行业景气度高涨，高效电池优势凸显

平价上网和“双碳”政策共驱光伏行业景气度高涨。 2021年我国光伏新增装机量54.88GW，同比高增13.9%，其中，分布式新增29.28GW，占比53.4%。根据CPIA预测，2022-2025年，我国年均新增光伏装机将达到83-99GW，全球光伏年均新增装机将达232-286GW，光伏行业预计景气度持续。目前PERC技术效率提升瓶颈已现，对高效电池片需求提升。TOPCon、HJT高效电池片技术路线逐渐成熟，且转换效率提升空间大，性价比优势逐渐显现，已逐步进入大规模产业化阶段，IBC（或HBC/TBC等）、钙钛矿（叠层）等技术也有望成为明日之星。

3.2.市场规模：2026年光伏铜电镀设备预计达86亿元

目前电镀铜投资额约为1.5-2亿元。随着规模产业化，设备产线投资额目标有望降低到1-1.2亿元。目前图像化环节PVD投资额约为4000-5000万元/GW，曝光机设备约为5000万元、电镀环节电镀机5000万元/GW（2-3 台），其他设备有印刷机、清洗机等。 ️ 经过以下测算，预计2026年HJT铜电镀设备市场规模达到85.85亿元，其中曝光机和镀铜设备市场规模分别为27.47亿元和 30.05亿元。

四、重点企业分析

4.1.芯碁微装：直写光刻设备龙头，曝光显影设备优势显著

简介：公司主营半导体无掩模光刻设备、检测设备、高端PCB专用激光直写成像设备（LDI）、显示领域OLED光刻设备，荣获国家高新技术企业、市创新企业、科技小巨人等称号，并拥有100多项技术专利。公司产品已获半导体、PCB、显示领域头部客户的认可，包括辰显光电、健鼎科技、兴森科技等并出口海外。2018年至今，公司快速成长，业绩持续高增。直写光刻设备技术领先：公司为国内直写光刻设备领先企业，直写光刻技术不断突破，已将应用于PCB线路层曝光的直写光刻设备曝光精度（最小线宽）由8μm提升至6μm，PCB阻焊层曝光精度（最小线宽）由75/150μm提升至 40/70μm，与此同时公司直写光刻设备产能效率也不断提升，客户的单位产品使用成本不断下降。

公司定增项目将拓展新能源光伏领域的产业化应用：在新能源光伏领域，公司已经与下游知名电池片厂商进行了技术探讨。根据公司定增预案，公司预计投资3.18亿元，建设现代化的直写光刻设备生产基地，深化拓展直写光刻设备在新型显示、 PCB阻焊层、引线框架以及新能源光伏等新应用领域的产业化应用，预计达产后将形成年产210（台/套）直写光刻设备产品的生产规模。

4.2.东威科技—电镀设备龙头，布局锂电和光伏镀铜设备

简介：公司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。此外，公司加大配套设备研发生产，如PCB水平除胶化铜&垂直连续电镀设备、复合铜箔PVD设备等。2018年至今，公司快速成长业绩持续高增。另外，公司近期与国电投达成铜栅线异质结电池垂直连续电镀解决方案战略合作框架协议，推动铜电镀工艺产业化进程。

光伏设备有望推向市场：公司现有垂直式电镀铜设备保持投产使用，第二代设备洽谈中，速率可达7000片以上/小时，大幅降低成本，助力光伏铜电镀快速产业化。现已推出光伏第三代垂直连续硅片电镀设备，设备速度达8000片/小时，硅片厚度可满足100μm-180μm，电镀均匀性R≤10%，破片率＜1%，实现产能效率进一步提升，预计2023年出货。新能源设备订单持续高增：公司现有水平式新能源电镀设备，是国内唯一量产公司。2022年新能源（复合铜箔）设备在手订单已达30亿元以上。根据公司公告，水电镀及其配套设备（PVD设备2022年已实现交货）今年将开始大规模交货。

4.3.罗博特科：自动化设备龙头，铜电镀设备研发进展顺利

简介：公司目前在光伏电池片领域的自动化技术方面已处于行业领先地位，其铜电镀设备主要有垂直升降式电镀、水平电镀及有别于目前传统的垂直升降式电镀、垂直连续电镀、水平电镀三种现有技术方案的电镀设备。另外，公司近期与国电投新能源签订框架协议，将就铜栅线异质结电池VDI电镀技术的解决方案展开合作。公司垂直升降式电镀特征：1）独特夹具设计；2）具有高沉积速率以及良好的均匀性；3）具有大产能，约5000片/小时。公司水平电镀特征：1）其先进的传输设计确保设备具有高稳定性；2）具有高沉积速率以及良好的均匀性；3）具有大产能，约5000片/小时；4）维护界面友好，减少宕机时间。

光伏铜电镀设备进展顺利：2022年公司加大对铜电镀设备的研发投入，致力于该业务尽早实现量产化。此外，公司于2022 年12月完成了业界首创新型异质结电池铜电镀装备交付，本次向合作客户交付的异质结电池铜电镀设备是基于公司独创的量产型方案研发的全新模块化设备。该技术方案有别于目前传统的垂直升降式电镀、垂直连续电镀、水平电镀三种现有技术方案，该方案重点解决了目前生产中产能低、运营成本高等核心问题。