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電鍍銅: 光伏電池升級主流工藝 去銀化終極路線

隨之而來的是,光伏行業長遠發展必經之路的“去銀化”,重要性日益突顯,作為終極解決路線的電鍍銅則要同步登上歷史舞臺。

01

N型電池臨近,去銀化迫在眉睫

N型新電池技術已經在路上了。

根據CPIA數據,2021年單晶PERC電池平均量產轉換效率突破23%,已經十分逼近其效率極限24.5%,同時成本下降速度趨緩,新型電池技術正快速發展,CPIA預計2025年TOPCon、HJT和IBC電池轉換效率突破25%,實際效率提升或更快,進一步拉大與PERC電池的差距。

其中邁為股份與SunDrive自2021年起合作研發高效HJT電池,電池片電極在無種子層電鍍設備上完成,最新轉換效率高達26.41%。

邁為/SunDrive合作HJT電池效率提升曲線

根據《中國光伏產業發展路線圖》(2021年版),預計2030年TOPCon電池工藝和HJT電池工藝合計占比有望過半,成為電池片領域的主要工藝路線,N型電池正在接替P型電池成為下一代主流技術。

光伏電池技術迭代方向資料來源:晶科能源

由此帶來的“去銀化”降本之路,有著提速態勢。

“去銀化”一直是光伏行業長遠發展的必經之路,而且TOPCon、HJT都是雙面電池,電池的上下電極均需要使用銀漿,銀漿用量相比P型的PERC還有增加。同事,HJT電池使用的低溫銀漿為保證導電性,其銀含量高于高溫銀漿,因此銀漿消耗量更大。

加上低溫銀漿主要依賴日本進口,價格顯著高于高溫銀漿。而IBC電池由于特殊的電池設計結構,銀漿用量也會提升。根據CPIA數據,銀漿成本占HJT電池非硅成本的59%;2021年HJT、TOPCon電池雙面銀漿消耗量較PERC電池分別高出93.6、48.7mg/片。

HJT電池單瓦成本比TOPCon高約一毛錢,其中單單銀漿部分,HJT電池的單瓦成本就比TOPCon電池高了8分。銀漿占HJT電池成本20%左右,非硅成本的40%左右。銀漿是HJT電池降本空間最大、最關鍵的部分,而電鍍銅就是“去銀化”的終極路線。

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作為終極解決方案,電鍍銅亮相檢測系統創收顯著

電鍍是電路板制造領域、MEMS制作領域、IC制造領域等常用的傳統工藝,通常用于制作金屬互聯結構,實現元件之間、多層布線電路各層之間的電連接。電鍍技術工藝溫度低,不僅可以用于傳統電池電極的制作,也可用于異質結電池、N型雙面電池、PERC電池、IBC電池電極制作。

銅電鍍則是指在化學沉銅層上通過電解方法沉積金屬銅的電極制備工藝,借鑒印刷電路板PCB生產中的成熟度圖形化電鍍銅線路工藝,HJT電池發展出一套電池發展出一套電鍍銅電極柵線的發展道路,通過電鍍銅柵線達到降低銀漿耗量的目的。

據機構測算,HJT電池電鍍銅電極,實現去銀化,未來有望將金屬化成本降至0.06-0.09元/W。

數據來源:《高效銅柵線晶硅異質結電池(C-HJT)》

HJT電鍍銅工藝包括四個大環節:種子層沉積、圖形化、電鍍、后處理。各環節內部有不同的技術路線競爭。

(1)沉積種子層:由于銅在透明導電層(TCO)上的附著性較差,容易造成電極脫落,因此一般需要在鍍銅前在TCO上引入種子層,改善電極的附著性能。

(2)圖形化:使用感光材料將HJT電池覆蓋住,通過選擇性光照,使得不需要鍍銅的位置感光材料發生改性反應,而需要鍍銅的位置感光材料不變,不變的改性材料在顯影的步驟會被去除,在電鍍時發生導電,而其他位置不會發生銅沉積。

(3)電鍍:浸泡在電鍍設備的硫酸銅溶液中,通電進行電解,銅離子(Cu2+)被還原,在需要鍍銅的電池表面沉積成銅,形成銅電極。

(4)后處理:洗去剩余的感光油墨,刻蝕掉剩余的種子層,電鍍錫抗銅氧化。

目前,電鍍銅的工藝探索已經進行相當長時間,設備環節已經逐步成熟,重點在于如何降低成本使得該技術具備性價比,主要著力點就在于圖形化與電鍍兩個部分。

HJT電池電鍍銅工藝流程數據來源:邁為股份官網,《2020年中國光伏技術發展報告-晶體硅太陽電池研究進展(7)》

廣發證券認為,隨著產業內銅電鍍工藝的研發中試,技術日趨成熟,預計2023年中試,2024年小規模量產,之后加速滲透。

五年后(2026年),PVD設備、曝光設備、電鍍設備及其他配套設施預計分別有14億元、24億元、28億元、19億元的市場空間。

03

參與其中的企業有哪些?

銅電鍍路線處于產業化進程初期,已經有多家廠商在積極布局。

根據邁為股份2022年8月投資者關系活動紀要,銅電鍍目前有4個技術難點,公司已經攻克了一半多,爭取在2023年上半年有一條中試線在客戶端運行起來。

根據寶馨科技7月投資者關系活動紀要,公司電鍍銅設備的實驗機型、中試機型的驗證工作已完成,目前正在試制量產機型,在圖形化方面采用光刻技術,量產機型預計可做到8000片/小時,投資成本接近絲網印刷設備。

就在9月份,寶馨科技與邁為股份戰略合作子公司設備采購簽約儀式成功舉行。寶馨科技稱,懷進HJT項目的濕化學設備等部分設備為公司研發生產,其余將應用邁為的最新一代設備產品,并由邁為對整線設備進行整合后交付投產。

同時,寶馨科技將與邁為股份在銅電鍍關鍵領域開展深度合作,由邁為負責圖形化部分,寶馨提供電鍍及濕法技術,雙斱共同攻克關鍵技術的研發應用。

帝爾激光8月投資者關系活動紀要中提到,公司在前期TOPCon電鍍工藝上已實現較好的中試應用;今年在IBC上又有進一步突破,目前已有電鍍銅激光設備量產訂單。

根據海源復材公告,2021年11月,公司與蘇州捷得寶簽署《設備買賣框架合同》,捷得寶作為國內銅電鍍設備龍頭,目前銅電鍍做驗證的客戶,國內外大概有12家,其中8家是HJT,其他4家是TOPCon。捷德寶所開發的銅電鍍工藝,主要是油墨掩膜及水平電鍍工藝,目前已有小批量生產,主要作為研發使用;預計2024年才可確定最終技術路線進行批量化生產。

羅伯特科同樣在2022年11月表明,公司前段時間已經完成銅電鍍設備的內部測試,也已經與幾家客戶簽訂項目合作保密協議,基于公司的全新方案,目前正在按照保密協議的約定陸續采購設計樣機所需物料。

東威科技在7月份表示,電鍍作為新制程,公司設備能做到每小時6000片。此外布局銅電鍍產業的公司還有捷佳偉創、太陽井、捷德寶等公司。

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