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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。

光伏铜电镀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。

一、铜电镀技术优势

光伏铜电镀技术是采用金属铜完全代替银浆作为栅线电极，具备低成本、高效率等优势。

针对不同主流电池技术，光伏铜电镀技术的技术优势也有所区别。

1、HJT+铜电镀：降本增效

HJT银浆用量相对较大，运用铜电镀技术降本的需求更为迫切。

相较于HJT传统丝网印刷技术，预计目前可实现0.04元/W的成本下降。随着铜电镀设备逐步成熟，后续降本空间可观。

不过，从长远来看，铜电镀对于HJT的主要意义在于提效而非降本：即相较于传统丝网印刷技术，铜电镀可以实现0.3%-0.5%的光电转换效率提升。

原因一是考虑铜电镀25年左右导入量产，那么同样应考虑25年HJT的主流金属化方案选择，届时大概率是银包铜的方案依旧占主导，即应去对比25年的铜电镀和25年的银包铜，目前0BB+50%银含量的银包铜浆料已可与远期的铜电镀单W成本持平（单W0.08元），25年若银包铜浆料的银含量进一步下降，大概率银包铜的金属化成本对低于铜电镀；

原因二是在行业选择大幅扩产TOPCon电池之后，HJT的参照对象便由PERC电池转变为了TOPCon电池，在成本相对劣势的情况下，HJT若想实现大规模商业化，必须在电池效率上继续向上突破，HJT电池目前金属化体系主要有银包铜和铜电镀，仅铜电镀可实现提效。

2、topcon+铜电镀：改善Voc

使用铜电镀可帮助topcon电池实现低接触电阻、改善Voc等。

双面TOPCon太阳电池Ni/Cu/Ag电接触的实现是基于激光接触开窗(LCO)与在线电镀Ni/Cu/Ag结合。

LCOs和镀Ni/Cu/Ag的技术优势包括：在n型TOPCon层和轻硼掺杂发射极上实现低接触电阻、低接触复合、硼发射极可改善Voc、具有低线电阻率的窄接触宽度(<25μm)。

3、BC+铜电镀：成本、工艺匹配上

当前金属化方案中，铜电镀、银浆各具优势，长期看，对于工艺复杂，人力、设备、材料成本高昂的BC电池而言，铜电镀在成本、工艺匹配上表现出巨大潜力。

（1）BC电池背面叉指状的P区和N区在制作过程需要多次的掩膜和光刻技术，且之间的gap区域需非常精准，与铜电镀精细的掩膜光刻工艺适配，可以同时降低金属化环节的设备投资成本。

（2）光刻工艺下，铜栅线线宽灵活可调且更加精细，易找到电流输出与接触面积的最佳平衡点。

（3）铜价格低廉，铜栅线材料成本低。

（4）纯铜栅线相比银浆导电性更好。

图：IBC电池铜电镀工艺

二、铜电镀技术历史发展

光伏铜电镀技术已发展多年：

2004年，SunPower在其Maxeon系列的IBC电池上运用铜电镀技术；

2011年11月，日本Kaneka公司和比利时IMEC微电子研究中心在第21届国际光伏科学和工程大会上展示了无银HJT电池，通过电镀铜连接6英寸硅基板的透明导电氧化层，实现超过21%转换效率；

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%。

2023年产业化进程加速：2020年以来，国内多家光伏/发电企业(如海源复材、国电投、降基绿能、通威股份、爱旭股份。爱康科技等)纷纷布局铜电镀技术，并与设备公司(如迈为股份、罗博特科、东威科技、芯碁微装、捷得宝、太阳井等)进行合作，2023年产业化进程有望加速。

三、铜电镀技术工艺流程

铜电镀工艺分为沉积种子层、图形化、电镀和后处理四部分。

1、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Sun Drive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%。

无种子层相比有种子层的好处在于可以节约PVD的设备成本，同时由于没有种子层进入显影液，后续工艺步骤的处理相对更加简单。

无种子层的开发难度较大，当前铜电镀以有种子层的路线为主。

2、图形化：核心环节之一，工艺成熟但路线不一

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。目前5种路线（投影式、接近式、LDI、喷墨打印、激光），HJT铜电镀的图形化路线尚未最终确定。

当前异质结电池的铜电镀图形化环节共有5种技术路线可供选择：

一是需要使用掩膜的投影式光刻；二是同样需要使用掩膜的接近接触式光刻；三是无需使用掩膜的LDI激光直写，LDI设备主要由芯碁微装提供；四是喷墨打印；五是激光开槽，该方式一般用于IBC电池，主要用于IBC电池的背面栅线制备。

整体来看，对于异质结电池而言，传统光刻路线中的投影式光刻、接近接触式光刻、LDI激光直写的相关设备产能和成本均在动态变化，目前图形化的技术路线尚未完全统一；激光工艺在IBC电池中的应用相对合适，帝尔激光应用于BC电池的激光微蚀刻设备已经取得头部客户量产订单。

相关公司：图形化环节核心设备为曝光机，目前主要布局公司包括芯碁微装、苏大维格、太阳井、捷得宝等。芯碁微装凭借在泛半导体、PCB领域直写光刻技术积淀，正积极切入HJT铜电镀环节，提供LDI设备，苏大维格布局投影式掩膜光刻设备。此外，太阳井、捷得宝等为客户提供整线或相关设备。

3、电镀铜：核心环节之一，技术难点仍待突破

电镀也是铜电镀工艺中关键环节之一。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,是一种特殊的电解过程。

铜电镀的金属化共有5种技术路线：单面的光诱导式水平电镀、双面的水平电镀、挂镀式、垂直连续电镀、VDI电镀，出于光伏的量产级别产能需求，目前产业主要开发的是垂直连续电镀、双面水平电镀和VDI电镀。

相关公司：目前东威科技已实现8000片/小时的光伏垂直镀铜设备的研发；而罗博特科业界首创新型异质结电池铜电镀装备技术方案有别于上述现有技术方案，重点解决了目前生产中产能低、运营成本高等核心问题，已发往客户端验证。

4、后处理——技术工艺成熟

后处理的主要作用是去除感光材料和种子层，露出TCO层。

工艺主要包括干法和湿法：

湿法蚀刻使用溶液腐蚀和刮掉表面，可以快速且廉价的加工，但是加工精度较低，一般适用于尺度较大（大于3nm）的情况以及用来腐蚀硅片上某些层或用来去除干法刻蚀后的残留物；

干法蚀刻不使用溶液，而是使用气体撞击基板表面进行刮擦，特点是加工精度高。之前，刻蚀后的光刻胶是用湿法完成的，但是湿法很难去除刻蚀中发生变质的光刻胶，同时存在废液处理问题，因此干法刻蚀去胶成为趋势。

蚀刻技术较为成熟：铜种子层的刻蚀工艺已经在半导体行业使用了几十年，技术较为成熟。目前干法刻蚀市场占比90%，湿法刻蚀占比10%。

四：市场分析

1、市场空间测算

相较于银包铜+0BB/NBB工艺，铜电镀量产化进度较慢，优势在于可助力电池提效0.3-0.5%+（绝对量），进而提高高端组件功率。预计银包铜+0BB/NBB将是短期内HJT电池量产化的主要降本路径，铜电镀有望于2023-2024年加快中试，并于2024年逐步导入量产。随着工艺经济性持续优化，铜电镀发展优势有望强化。

预计23-26年PVD市场空间分别为5.58、12.18、33.25、144.00亿元，23-26年图形化市场空间分别为2.23、5.22、19.30、77.55亿元；金属化市场空间分别为6.69、14.50、45.40、155.10亿元。

23-26年预计HJT新增扩产分别为55、100、200、400GW，topcon新增扩产预计分别为300、300、200、100GW， BC新增扩产预计分别为35、60、100、150GW ；

铜电镀随着技术逐步成熟，预计23-26年在新扩产电池中渗透率逐步提升；23-26年曝光设备的单GW价值量分别为0.20、0.18、0.17、0.15亿元，图形化设备的单GW价值量合计分别为0.30、0.27、0.255、0.225亿元；23-26年金属化设备的单GW价值量分别为0.6、0.5、0.4、0.3亿元。

图：2022-2026年国内铜电镀市场空间预测

2、尚未解决难点

目前铜电镀量产难点仅剩设备稳定性、油墨材料和环保问题，脱栅、氧化、良率等问题均已解决。

已解决难点：

（1）使用铜电镀技术会对电池片的良率造成影响：由于相比丝网印刷而言铜电镀多了几道包含湿法在内的工艺步骤，因此预计会对电池片的良率产生一定影响，太阳井200MW产线150μm硅片铜电镀良率已可做到95%，良率问题基本解决；

（2）铜栅线的氧化问题：铜栅线在制作过程中会在两个环节可能被氧化，一是用磁控溅射做完的种子层需要进入显影液中时；二是电池片生产完成没有短时间内完成封装时，防止铜氧化的解决办法是镀锡，锡的厚度约为1微米，目前来看也已基本解决；

（3）铜栅线相比银栅线更易出现脱栅：铜栅线是实心的，且宽度更细，与TCO接触面积更小，可通过低应力技术解决。

待解决难点：

（1）设备稳定性有待验证：迈为的丝网印刷机每小时可生产14400片G12半片和15000片M10半片。截至2023年2月，图形化环节，芯碁微装的LDI设备产能为6000片/h；金属化环节，截至2023年4月，东威科技产能8000片/h的VCP设备正在制造，具有破片率低、均匀性好等优势；23年6月，罗博特科GW级VDI电镀设备发货。设备产能问题已基本解决，主要在验证设备稳定性；

（2）合适的油墨材料开发比较难：图形化环节中可以匹配光伏需求的低成本油墨开发较难；

（3）铜电镀工艺可能会存在环保问题：铜电镀使用的湿膜中含有油墨，油墨是有机污染物，且显影和电镀环节都会有废水产生，一方面通过环评指标存在难度，另一方面进行污水处理会进一步增加量产成本。

表：铜电镀之前的量产难点目前来看有半数已基本得到解决

3、应用端现状

（1）HJT+铜电镀

与其他主流电池技术相比，铜电镀在HJT上的应用更为成熟。

目前通威股份（太阳井）、海源复材、国电投等企业采取不同技术方案，2022年产业链合作有限，并无一家企业完全跑通所有环节，2023H1起产业链合作加强，2023H2起中试验证加速，2024年有望进入小批量量产阶段。

2023年8月，太阳井与客户签署GW级异质结铜电镀技术框架合作协议，双方具体约定前期中试线合作项目部分指标的进一 步提升标准，以及指标按期达成前提下，太阳井为客户拟提供GW级铜电镀整线的具体工序设备清单与设备参数要求，同时 约定设备到货安装完成后的阶段爬坡指标。

目前，通威投资近一个亿，建设了以铜电镀技术为核心的HJT产线，占股近40%。

通威的HJT产线目前已经能够出片，尽管在实验室阶段就已经能够做到这一点。然而，目前产出的电池片还不能进行销售，因为产线尚未实现自动化，电池片的搬运过程仍然需要手工操作。

由于HJT产线的工序较长，目前还无法实现完全自动化，电池片的搬运过程仍需手工操作，这在一定程度上影响了产线的生产效率。此外，新技术的设备成本较高，如1G瓦的设备成本大约为1.2亿，远高于传统技术的设备成本。至于良率，目前情况并不乐观，因为工艺尚未完全跑通，良率可能很低。

（2）topcon+铜电镀

国外SunPower和Tetrasun等公司2020年以前已开始研究topcon电池的铜电镀：2020年左右，SunPower和Tetrasun等公司推出了用于钝化接触太阳能电池的电镀接触技术，并在Fraunhofer ISE的topcon电池中首次引入了电镀接触，旨在接触区域掺硼发射极，使电池效率高达23.4%。Fraunhofer ISE开发的带有金属镀层接触的topcon电池的后段工艺流程包括激光烧蚀、退火、预清洗、电镀、退火。

topcon电池铜电镀需用到激光等设备，截至23年4月帝尔激光已取得量产订单，21年有4家企业与捷得宝合作开发topcon电镀：topcon电池的电镀需用到激光高精超细图形化设备，截至2023年4月帝尔激光已取得头部客户量产订单；2021年在与捷得宝持续合作进行铜栅线验证的客户，国内外共有12家，其中8家的技术路线是 HJT，其他4家则是topcon。

图：TOPCon电池铜电镀的工艺路线之一

（3）BC+铜电镀

SunPower的IBC电池金属化环节采用铜电镀工艺完成，激光在其中主要起到开槽作用。由于IBC电池的正面有没有栅线，栅线全部集中于背面，如果使用银浆的话金属化成本较高，采用铜栅线可节约浆料成本，同时，IBC电池背面的SiNx层较厚，天然也可以作用掩膜层。

图：SunPower IBC电池的铜电镀工艺流程

目前，隆基以 BC 电池作为公司未来主要技术路线，其中 HPBC、TBC、HBC 各具优势，爱旭主推无银化的 ABC 技术路线， 多家头部电池组件企业已布局 BC 技术，未来伴随 XBC 电池扩产，无银化电镀铜工艺有望加速导入生产。

五、铜电镀相关公司

1、设备公司

当前，电镀铜技术研发与客户端验证正加速推进，罗博特科、芯碁微装、太阳井、东威科技、迈为股份等电镀铜设备企业加速布局。

2、电池片公司

HJT太阳能电池片布局铜电镀，海源复材、华晟、通威、爱旭、宝馨科技等公司为代表。

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