1.N型電池加速滲透,電鍍銅技術(shù)或助力“去銀“降本
1.1.長期看好HJT,降低銀耗迫在眉睫
N型電池滲透加速,預(yù)計至 2025年市占率接近半成。根據(jù)PV infolink, 預(yù)計至 2025 年,以 HJT 和 TOPCon 為代表的 N 型電池市占率將接近 50%,而在 2022 年 N 型電池的市占率預(yù)計不超過 10%。根據(jù) SMM 統(tǒng) 計(截至 2022 年 11 月),至 2023 年底 Topcon 電池產(chǎn)能預(yù)計達 305.9GW (年新增產(chǎn)能將達到 228.5GW);2023 年HJT 新增規(guī)劃投產(chǎn)為61.8GW, 若按照規(guī)劃全部達產(chǎn)后,2023 年 HJT 產(chǎn)能將達到 101.2GW。
N 型電池效率優(yōu)勢明顯,短期 HJT、TOPCon、IBC 多技術(shù)并存,中長 期看好 HJT。HJT 電池較 PERC 電池的優(yōu)勢體現(xiàn)在更高的效率上限,自 2021 年 9 月起各廠家不斷突破 HJT 電池實驗室效率上限,根據(jù) 2022 年 12 月 15 日隆基綠能的公告,公司 HJT 電池實驗室效率達 26.56%,至理 論極限 28.5%仍有不小空間。另外同屬 N 型電池,HJT 電池較 TOPCon 電池工序步驟更少,對應(yīng)良率上限更高。我們認為,雖然現(xiàn)階段 HJT 高 額的設(shè)備投資造成部分廠家的觀望,伴隨 PERC 效率逐漸達到瓶頸以及 降本路線的逐漸落地,各廠家或加速擴產(chǎn),助力 HJT 電池產(chǎn)能放量。
現(xiàn)階段 HJT 電池面臨銀漿耗量大+價格貴的問題。根據(jù) CPIA,2021 年 M6 尺寸 P 型電池平均銀漿(正銀+背銀)耗量 96.4mg/片;TOPCon 電 池正面使用的銀鋁漿(95%銀)消耗量約 75.1mg/片;異質(zhì)結(jié)電池雙面低 溫銀漿消耗量約 190.0mg/片,異質(zhì)結(jié)電池總的銀耗量同比減少 14.9%, 超過 P 型電池同比下降 10.2%,但總耗量仍是 P 型電池的 2 倍。
此外, N 型電池所用銀漿國產(chǎn)化程度產(chǎn)生較大分歧,區(qū)別于 P 型 PERC 和 TOPCon 電池可以使用高溫銀漿,HJT 電池通常只能使用低溫銀漿(燒 結(jié)溫度 250℃以下),而低溫主柵銀漿國產(chǎn)率在 10%左右,細柵用銀漿全 部依賴進口(日本京都電子、德國漢高公司、美國杜邦公司等市占率超 80%),造成賣方溢價。另外,采用低溫銀漿還存在印刷速度低 (250~280mm/s,對比 PERC350~450mm/s)和線型寬(38~42um,對比 PERC22~26um)的問題,進一步制約了 HJT 電池的量產(chǎn)商用化。
拆解電池成本,銀漿占電池片總成本 13%,占非硅成本 51%。根據(jù) SOLARZOOM 新能源智庫,我們對 M6 尺寸 N 型 HJT 電池片成本進行 拆解,部分假設(shè)略作修正:進口低溫銀漿價格約 8500~9500 元/kg,我們?nèi)°y漿價格 8500 元/kg, 假設(shè) 22 年銀漿消耗量在 21 年基礎(chǔ)上再下降 30%左右,取 135mg/片;靶 材價格按 2000 元/kg 估算;M6 尺寸硅片按 6.35 元/片估算,按 6.89 W/ 片折算。目前,降低銀耗的路徑包括多主柵(MBB)技術(shù)、激光轉(zhuǎn)印技術(shù)、低溫 銀漿國產(chǎn)化、銀包銅技術(shù)和電鍍銅技術(shù)。在考慮仍使用銀粉作為原材料 的路線中,銀包銅技術(shù)(降低銀耗)、多主柵技術(shù)和激光轉(zhuǎn)印、外加銀粉國產(chǎn)化可以實 現(xiàn)并聯(lián),預(yù)計總體降本 60~70%。銀包銅技術(shù)雖然能夠降低含銀量,但該 降低有所上限,且同樣會降低部分效率(約在 0.2%以內(nèi)),從而在總效 益提升上不明顯。而電鍍銅技術(shù)與上述路線并行,旨在直接擺脫銀漿的 依賴,有望在降低銀耗的同時提升效率。
1.2.電鍍銅技術(shù)有望助力HJT電池降本增效
電鍍技術(shù)是利用電化學方法在導電固體表面沉積一層薄金屬、合金或復 合材料的過程。電鍍銅技術(shù)屬于一種特殊的電解過程,利用電解原理在 導電層表面沉積銅,主要基于種子層柵線的方法替代絲網(wǎng)印刷制作電極,一般使用含銀的電鍍液,再用銅鍍層,從而減少銀漿用量,或者用銅鍍 層完全代替銀漿,使成本更具有競爭力。銅作為銀的“替身使者”,性價比更高。相比較銀柵線,銅柵線的電阻率 要高 3 倍左右(銅柵線電阻率在 1.7μΩ.cm,而銀在 3~10μΩ.cm),而低 接觸電阻的金屬柵極是發(fā)揮高效異質(zhì)結(jié)電池光電轉(zhuǎn)換效率的重要途徑。 另外,單從價格上更進一步體現(xiàn)銅柵線的優(yōu)勢,銅價格約 60 元/kg,約 是銀柵線的十分之一,若考慮低溫進口銀漿(8500~9500 元/kg),這一價格優(yōu)勢將更加明顯。
電鍍銅技術(shù)不光可以擺脫銀漿降本,還可以助力提升效率。根據(jù)光伏行 業(yè)報告顯示,2021 年絲網(wǎng)印刷工藝下銀柵線寬度控制在平均 27μm 左右 (市場主流的主柵數(shù)量是 10BB 及以上),隨著銀漿技術(shù)的創(chuàng)新和印刷技 術(shù)的提升,預(yù)計至 2022 年底細柵或?qū)⑾陆抵?20μm。相比于銀柵線,銅 柵線寬度更細(超細線寬可以實現(xiàn)≤10μm),更細的柵線寬度可以減少 占用電池片的面積,從而達到增加發(fā)電效率的效果。
污染物處理+產(chǎn)能受限,電鍍銅技術(shù)距離商業(yè)化還需時日。1)考慮到光 伏產(chǎn)能很大,外加有些物質(zhì)比較難以處理(比如干膜或者油墨都是有機 污染物),環(huán)保上需要另外投入以滿足國家標準。2)電鍍銅工藝流程比 傳統(tǒng)的絲網(wǎng)印刷工藝更長,為此需要額外投入更多的設(shè)備成本及人力成 本,以邁為的絲網(wǎng)印刷設(shè)備為例,一臺機器就可以實現(xiàn) 8000-10000 片 (對應(yīng) 1GWh)的印刷,而目前以采用水平鍍工藝的單臺電鍍設(shè)備產(chǎn)能 還未達到 GW 量級。
2.“種子層制備+圖形化+金屬化+后處理”四大環(huán)節(jié)構(gòu)建整套工藝
電鍍銅技術(shù)路線是對傳統(tǒng)絲網(wǎng)印刷環(huán)節(jié)的替代,可以分為“種子層制備 +圖形化+金屬化+后處理”四大環(huán)節(jié)。以 HJT 電池為例,為了實現(xiàn)銅電 鍍,即金屬化,首先需要在 TCO 膜之后鍍一層金屬(如銅)種子層;再 將感光膠膜(如光刻膠、油墨等)貼敷在種子層上作為圖形化前期準備, 隨后采用曝光、顯影處理;再使用電鍍工藝加厚種子層;最后再去掉掩 膜及種子層;電池正反兩面均需重復此項操作。
涉及電鍍銅技術(shù)的廠商可以分為深耕光伏領(lǐng)域設(shè)備商的前瞻布局+細分 環(huán)節(jié)龍頭廠商的橫向拓展。目前,捷得寶、金石能源和邁為股份涉及電 鍍銅整線的布局,種子層環(huán)節(jié)布局多以電池片設(shè)備廠商為主;圖形化環(huán) 節(jié)多方案并行,各家廠商(芯碁微裝、蘇大維格、帝爾激光等)進展不 一; 電鍍環(huán)節(jié)工藝主要在水平鍍(捷得寶、寶馨科技等)和垂直鍍(東威科技等)兩大路線中抉擇。
2.1.種子層制備:PVD對工藝溫度要求較低,為目前主流方案
電鍍銅路線的第一步是種子層的制備,用來增加電鍍銅與TCO層之間 的附著力。若直接在 TCO 上進行電鍍,會因為附著力是范德華力(鍍層 和 TCO 間的物理接觸產(chǎn)生)而容易引起電極的脫落,而銅與 TCO 的接 觸特性是影響HJT 電池載流子收集、附著特性及電性能提高的重要因素, 另外直接在 TCO 上電鍍銅是非選擇性的。為此,在電鍍前在 TCO 表面 沉積一層極薄的種子層(100nm),可以改善銅和 TCO 接觸及附著特征, 隨后沉積圖形化的掩膜,以實現(xiàn)選擇性電鍍。
在種子層制備方式上,包括物理氣相沉積(PVD)和化學氣相沉積(CVD) 等。物理氣相沉積是在真空或低壓氣體放電條件下(即在等離子體中進 行的),經(jīng)過“蒸發(fā)或濺射”后,在物體表面生成與基材料性能完全不同 的新固態(tài)涂層過程;而化學氣相沉積則是把含有構(gòu)成薄膜元素的氣態(tài)反 應(yīng)劑或液態(tài)反應(yīng)劑的蒸氣及反應(yīng)所需其它氣體引入反應(yīng)室,在襯底表面發(fā)生化學反應(yīng)生成薄膜的過程。PVD和 CVD主要區(qū)別體現(xiàn)在工藝溫度上,目前主流方法為 PVD 制備。 CVD 對工藝溫度要求較高(爐內(nèi)溫度在 800~1000℃),并且在高溫條件 下鍍層結(jié)合強度會更強,相比較而言,PVD 對工藝溫度要求較低(500℃ 或更低)。此外,PVD 和 CVD 在適用范圍、鍍膜效果、投資成本和生產(chǎn) 周期方面各有千秋,以 PVD 為例,其設(shè)備投資較貴,但對應(yīng)生產(chǎn)周期更 短;鍍膜可以做到更?。?~5μm),但涂層結(jié)合強度會更低。
種子層也起到阻擋層的作用,一般選擇導電性能良好的鎳。以TOPCon 電池為例,晶硅電池若采用銅電極的挑戰(zhàn)在于銅在硅基內(nèi)的擴散速度很 快,若不加以控制,會導致晶硅電池的失效,造成轉(zhuǎn)換效率大幅降低, 因此需要合適的擴散阻擋層(種子層)來阻擋銅離子進入晶硅內(nèi)部。鎳 由于與銅在晶硅內(nèi)部的沉淀規(guī)律不同(在硅基內(nèi)部擴散的量較少),都處 于硅基表面,且鎳與硅在 370℃的退火溫度下就可以形成良好的硅鎳合 金,因此鎳是作為種子層較好的材料。相比較而言,HJT 電池最外層的 TCO 是天然的阻擋層材料,因此 HJT 電池電鍍銅工藝也可以選擇不制 備種子層,但如何保證銅與 TCO 的有效歐姆接觸也是問題(TCO不耐高溫)。
2022 年 9 月,邁為股份聯(lián)合澳大利亞金屬化技術(shù)公司 SunDrive 采用邁為自主創(chuàng)新的可量產(chǎn)微晶設(shè)備技術(shù)和工藝研制的全尺寸(M6, 274.5cm?)N 型晶硅異質(zhì)結(jié)電池,其轉(zhuǎn)換效率高達 26.41%,而在電池的金 屬化方面,SunDrive 優(yōu)化了其無種子層直接電鍍工藝,使電極高寬比得 到提升(柵線寬度可達 9μm,高度 7μm)。
2.2.圖形化:光刻路線和激光路線并行,主流工藝仍在探索
圖形化是電鍍銅整個工藝路線中的重要環(huán)節(jié),主要分為光刻路線和激光 路線兩種。 方案一:光刻路線(利用光學-化學反應(yīng)原理和化學、物理刻蝕等方法, 將設(shè)計好的微圖案轉(zhuǎn)移到基板表面),在基板上先進行薄膜沉積→涂感 光材料(光刻膠、油墨等)→光刻→顯影→刻蝕→脫膠,各環(huán)節(jié)相互影 響、相互制約,其中曝光是光刻技術(shù)中最重要的環(huán)節(jié)。
根據(jù)感光材料使用的類別,又可以分為干膜光刻和濕膜光刻。濕膜光刻 所用的光刻膠是正膠,而干膜光刻所用的光刻膠是負膠,在需要相同的 圖形時,二者采用的掩膜板是相反的。1)干膜(負膠)是一種高分子化 合物,它通過紫外線的照射后產(chǎn)生一種聚合反應(yīng)(由單體合成聚合物的 反應(yīng)過程),形成一種穩(wěn)定的物質(zhì)附著于基板表面,從而達到阻擋電鍍和 蝕刻的功能,即顯影時曝光區(qū)的光刻膠被保留。2)濕膜(正膠)相對干 膜而言,是一種感光油墨,是指對紫外線敏感,并且能通過紫外線固化 的一種油墨,即顯影時非曝光區(qū)的光刻膠被保留。
濕膜光刻比干膜光刻多一道烘烤環(huán)節(jié),但其性能優(yōu)異和成本低,為目前 主流路線。1)工藝上,濕膜光刻工藝簡單,雖然耗時較長,但光刻效果 質(zhì)量高;干膜光刻雖然沒有烘烤環(huán)節(jié)可以節(jié)省很多時間,但操作起來比 較難控制,由于沒有烘烤環(huán)節(jié)顯影過程中的顯影液會使得膠膜吸水膨脹, 出現(xiàn)膨脹溶脹現(xiàn)象,使得殘留的溶液較難處理。2)性能上,濕膜的對比 度、分辨率和反應(yīng)速度等性能指標更加優(yōu)異,使其應(yīng)用范圍更為廣泛。 3)成本上,濕膜(油墨)的成本較干膜更低,更適合光伏電池大規(guī)模的 生產(chǎn)。
根據(jù)是否使用掩模版,光刻技術(shù)可以分為直寫光刻和掩膜光刻。其中, 掩膜光刻可進一步分為接近/接觸式光刻以及投影式光刻。1)直寫光刻 (無掩膜光刻),是指將計算機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,整個過程無需掩膜而直接進行掃描曝光。直寫光刻根 據(jù)輻射源的不同又可以分為光學直寫光刻(激光直寫光刻)和帶電粒子 直寫光刻(電子束直寫、離子束直寫等)。2)掩膜光刻,由光源發(fā)出的 光束經(jīng)掩膜版在感光材料上成像。具體又可分為接近、接觸式光刻以及 投影光刻。相較于接觸式光刻和接近式光刻技術(shù),投影式光刻技術(shù)更加 先進,通過投影的原理能夠在使用相同尺寸掩膜版的情況下獲得更小比 例的圖像,從而實現(xiàn)更精細的成像。
精度高+靈活性強,直寫光刻設(shè)備有望在電鍍銅圖形化環(huán)節(jié)發(fā)力。以PCB 應(yīng)用領(lǐng)域為例,1)精度方面,直寫光刻解析能力由微鏡尺寸及成像鏡頭 縮放倍率決定,避免了底片的限制與影響,可以實現(xiàn)更精細的線寬。目 前直接成像技術(shù)能夠?qū)崿F(xiàn)最高精度可達 5μm 的線寬,而使用傳統(tǒng)曝光底 片(銀鹽膠片)的傳統(tǒng)曝光技術(shù)能夠?qū)崿F(xiàn)最高精度一般約 50μm 左右。 2)靈活度方面,特定型號的掩膜版使用壽命相對較短,會加劇掩膜版投 入成本,尤其是新產(chǎn)品研發(fā)成本高、周期長,外加實際使用時更換底片 等環(huán)節(jié),故直寫光刻工藝靈活度更高。值得一提的是,直寫光刻技術(shù)目 前還受限于生產(chǎn)效率等方面問題,如帶電粒子直寫光刻技術(shù)的生產(chǎn)效率 較低,且在大規(guī)模生產(chǎn)中會產(chǎn)生較為嚴重的鄰近效應(yīng)。
方案二:激光路線,包括激光開槽和激光轉(zhuǎn)印兩種。 激光開槽在太陽能電池電鍍銅中具備應(yīng)用前景,但與 HJT電池工藝不 兼容。由于 HJT 電池的本征和摻雜非晶硅層(a-Si層)厚度均小于20nm, 激光束將造成鈍化層的嚴重損壞,使得在不影響器件性能的情況下燒灼 TCO 層變得不可能。為解決上述問題,可以通過以下方案來解決:首先 在 TCO 層上沉積 Al2O3/a-Si 疊層(a-Si 層作為吸收劑應(yīng)用于激光照射, 使 Al2O3 薄膜區(qū)域被燒蝕)→其次在 TCO 上通過激光開槽形成電鍍開 口→沉積種子層(鎳)→電鍍銅。由于沉積 Al2O3/a-Si 疊層的方法僅適 用單面電鍍,外加兩個額外工藝步驟,并不適用于雙面電鍍太陽能電池。
相較激光開槽,激光誘導正向轉(zhuǎn)移(LIFT)可適用于 HJT 電池。LIFT 技術(shù)工藝流程相對簡單:首先在 TCO 薄膜上沉積一層電介質(zhì)作為鍍膜 →將種子層正向誘導至太陽能電池上→種子層通過 燒制與 TCO 形成良好接觸→電鍍銅。其中,無機材 料的厚度通常為幾十納米,電極形 貌與較厚的有機鍍膜相比更加平滑,且可以通過調(diào)整鍍液來抑制橫向生 長,從而實現(xiàn)更大的高寬比。圖形化環(huán)節(jié)光刻路線和激光路線并行,主流工藝仍在探索。1)光刻路線 方面,以芯碁微裝為代表,其直寫光刻設(shè)備現(xiàn)階段已可應(yīng)用于電鍍銅方 案,正與相關(guān)產(chǎn)業(yè)方就上述方案在光伏領(lǐng)域的量產(chǎn)應(yīng)用進行合作,但目 前暫未形成量產(chǎn)出貨。2)激光路線方面,以帝爾激光為代表,其電鍍工 藝在前期 TOPCon 電池上已實現(xiàn)較好的中試應(yīng)用,且在 2022 年 IBC 上 又有更進一步的突破。目前,已取得電鍍銅激光設(shè)備的量產(chǎn)訂單。
2.3.金屬化:垂直鍍技術(shù)成熟但產(chǎn)量受限,水平鍍有望助力產(chǎn)能放量
垂直鍍工藝成熟但產(chǎn)能有限,難以支撐大規(guī)模化的生產(chǎn)。根據(jù)東威科技 (國內(nèi) PCB 電鍍設(shè)備龍頭)招股書顯示,目前其垂直連續(xù)電鍍設(shè)備相對 成熟(在均勻性和貫孔率等關(guān)鍵指標上表現(xiàn)良好),是 PCB 下游廠商的 首選。在采用垂直鍍對光伏電池進行銅電鍍時,需要利用陰電極夾具夾 持住太陽電池(壓針與特別設(shè)計的開膜區(qū)域接觸)→然后將電池浸泡在 種子層為鎳的鍍槽中→鍍完鎳后經(jīng)過清洗槽后再提拉至水槽清洗→清 洗后提拉至電鍍銅槽進行銅電鍍→再提拉至水槽清洗,后再提拉至錫槽 鍍錫(錫的厚度約為 1 微米,用以防氧化,銅較銀更容易氧化)。根據(jù)垂 直鍍的工藝流程,可以發(fā)現(xiàn)受限于機械結(jié)構(gòu)限制單槽夾持的電池片數(shù)目, 以及考慮夾住硅片并進行上下移動的耗時,垂直鍍路線的產(chǎn)能將受限 (目前東威科技垂直鍍設(shè)備量產(chǎn)水平約 7000 片/小時)。
水平鍍與垂直鍍原理相同,但生產(chǎn)的速度和效率要更高。水平鍍是在垂 直鍍基礎(chǔ)上發(fā)展的新穎電鍍技術(shù),該技術(shù)需要與鍍液和輔助裝置等實現(xiàn) 良好的相互配合。與垂直鍍原理相同,水平鍍也必須具有陰陽兩極,通 電后產(chǎn)生電極反應(yīng)使電解液主成份產(chǎn)生電離,使帶電的正離子向電極反應(yīng)區(qū)的負相移動;帶電的負離子向電極反應(yīng)區(qū)的正相移動,于是產(chǎn)生金 屬沉積鍍層和放出氣體。在傳送方面,水平鍍采用鏈式傳輸(滾輪旋轉(zhuǎn) 帶動電池片移動),而其中一側(cè)滾輪為導電材料形成電鍍系統(tǒng)的陰電極, 電池在水平傳輸過程中與陰電極滾輪保持連續(xù)的或幾乎連續(xù)的接觸,從 而實現(xiàn)銅電鍍。為此,只需要設(shè)計合適長度的槽體,提高傳輸?shù)乃俣龋?即可實現(xiàn)理想的單位時間產(chǎn)片量,使其滿足大規(guī)模量產(chǎn)化需求。
水平鍍與垂直鍍實際效果差異不大,各廠商正積極研發(fā)驗證。根據(jù)捷得 寶在 2021 年 8 月更新的水平電鍍設(shè)備數(shù)據(jù)來看,該設(shè)備能夠?qū)崿F(xiàn)雙面 同時電鍍和較佳的均勻性,產(chǎn)速以 M2 計算,可達 6000 片/小時(目標 10000 片/小時)。而目前進展較快的羅博特科在 2022 年 12 月 26 日實現(xiàn) 首創(chuàng)新型異質(zhì)結(jié)電池銅電鍍設(shè)備的交付,對現(xiàn)階段在 HJT 電池銅互聯(lián)技 術(shù)的推進有著里程碑的重大意義。
2.4.后處理:刻蝕+去膜,工藝難度不大
后處理主要是對感光材料和種子層的去除,工藝難度不大。在經(jīng)顯影(圖 形化)、以及鍍銅(金屬化)后,先對感光材料進行去膜處理,然后通過 刻蝕來去除種子層,保證非鍍銅位置的 TCO 層能夠露出。其中刻蝕可以 分為濕法刻蝕和干法刻蝕干法刻蝕占比大,約占 90%。1)濕法刻蝕:用液體化學 試劑(如酸、堿和溶劑等)以化學的方式去除硅片表面的材料,以集成 電路工藝為例,大多是濕法化學刻蝕是將硅片浸入化學溶劑或向硅片上 噴灑刻蝕溶劑;一般適用于尺寸較大的情況下(大于 3μm)。2)干法刻 蝕:通過等離子氣與硅片發(fā)生物理或化學反應(yīng)(或結(jié)合物理、化學兩種 反應(yīng))的方式將表面材料去除。目前,較光刻而言,國內(nèi)刻蝕工藝和刻 蝕設(shè)備比較成熟,已經(jīng)能夠達到世界較為前列的水平,能夠達到較高的 刻蝕選擇性、更好的尺寸控制、低面比例依賴刻蝕和更低的等離子體損 傷。
3.從成本端測算看電鍍銅路線的經(jīng)濟性
根據(jù)我們測算:僅考慮折舊+銀漿成本,1)在考慮新增設(shè)備對應(yīng)折舊以 及電鍍銅本身工藝成本的情況下,現(xiàn)階段電鍍銅路線預(yù)計可以較傳統(tǒng) HJT 絲網(wǎng)印刷路線節(jié)約 0.044 元/W(不考慮良率)?,F(xiàn)階段,盡管從我 們測算角度看,電鍍銅技術(shù)可以幫助 HJT 電池較傳統(tǒng)絲網(wǎng)印刷方案節(jié)省 五分之一的成本,但就銀漿+折舊這兩塊成本而言,與 PERC 和 TOPCon 電池比仍分別高出約 0.07 和 0.05 元/W 的成本,而這差異主要源于設(shè)備 的投資總額。2)考慮良率的情況下,電鍍銅工藝良率提升到 80%左右 預(yù)計和絲網(wǎng)印刷成本打平。假設(shè)絲網(wǎng)印刷良率在 98%,從折舊+銀漿成 本平衡角度看,對應(yīng)電鍍銅工藝良率在 80%左右(0.182/0.226×98%); 3)不考慮良率的情況下,現(xiàn)階段電鍍銅路線成本(0.182 元/W)略低于 激光轉(zhuǎn)印路線成本(0.189 元/W),具備經(jīng)濟性優(yōu)勢。
預(yù)測假設(shè): 1)采用電鍍銅路線較傳統(tǒng)絲網(wǎng)印刷路線可以提升 0.3%的效率; 2)銀漿耗量方面,假設(shè) PERC、TOPCon 和 HJT 電池在 21 年的基礎(chǔ)(表 1:分別對應(yīng) 96.4、145.1 和 190mg/片)上分別下降約 15%/25%/30%,取 整近似后分別取 80、110、135mg/片;高溫和低溫銀漿售價分別取 6000 和 8500 元/kg(含稅); 3)材料費用(掩膜成本+藥水成本+種子層成本)取 0.04 元/W,運營費 用(人工+水電+環(huán)保處理費)取 0.04 元/W,電鍍銅工藝成本合計取 0.08 元/W; 4)假設(shè)絲網(wǎng)印刷設(shè)備占總投資額比重為 15%,設(shè)備折舊按 5 年無殘值; 5)假設(shè)激光轉(zhuǎn)印方案的銀漿耗量較傳統(tǒng)絲網(wǎng)印刷方案下降 30%,取 95 元/W,新增設(shè)備投資額取 3000 萬/GW; 6)我們估計新增電鍍銅設(shè)備投資額在 1.5~2 億元/GW,取 1.7 億元/GW。
長遠來看,電鍍銅技術(shù)較傳統(tǒng)絲網(wǎng)印刷方案仍具備經(jīng)濟性。在考慮電鍍 銅新增設(shè)備投資額降低、以及傳統(tǒng)絲網(wǎng)印刷方案銀耗量降低的情況下, 我們進一步對電鍍銅路線的成本和傳統(tǒng)方案的成本進行靈敏度分析(這 里成本仍僅考慮折舊+銀漿)。假設(shè)方面與上述保持一致,在假定銀漿售 價(8500 元/kg)以及電鍍銅工藝成本(0.08 元/kg)不變的情況下,即 使銀漿耗量下降 30%(對應(yīng) 95mg/片),現(xiàn)階段電鍍銅方案仍能與傳統(tǒng)方 案成本打平;而當銀漿耗量下降 40%(對應(yīng) 81mg/片)時,將新增設(shè)備 投資額下降 30%(對應(yīng) 1.2 億元)時,電鍍銅方案與傳統(tǒng)方案成本依舊 可以基本打平。
4.電鍍銅技術(shù)蓄勢待發(fā),產(chǎn)業(yè)化推進有望打開市場空間
電鍍銅并非全新技術(shù),但產(chǎn)業(yè)化進程在加速。早在 2011 年 11 月,日本 Kaneka 公司和比利時 IMEC 微電子研究中心就在第 21 屆國際光伏科學 和工程大會上展示了其無銀 HJT 電池,通過電鍍銅連接 6 英寸硅基板的 透明導電氧化層,實現(xiàn)了超過 21%的轉(zhuǎn)換效率,在隨后的 2015 年 11 月, Kaneka 公司宣布采用銅接觸金屬化的雙面異質(zhì)結(jié)晶硅太陽能電池效率 創(chuàng)紀錄達 25.1%;同年 3 月,MacDermid 公司通過激光刻蝕、鍍膜、熱 退火等工藝制作窄銅網(wǎng)導體替代銀漿,該工藝可實現(xiàn) 30μm 的柵線寬度 和 4N 的拉力,從而可將單個電池的成本降低 6 美分。
近年來,鈞石能 源、愛康科技 等產(chǎn)商陸續(xù)加入,進展較快的捷得寶已有 小批量生產(chǎn)銅電鍍設(shè)備,銅電鍍已做驗證的客戶約為 12 家;而海源復材在 2022 年 12 月 19 日 表示其在光伏電鍍銅技術(shù)已取得突破, 較傳統(tǒng)銀漿方案,電鍍銅工藝技術(shù)成本可以降低 50%左右,轉(zhuǎn)換效率可 以增加約 0.3%。
至 2025 年保守/樂觀情況下,我們預(yù)計電鍍銅路線設(shè)備整體市場空間分別為 17.8/43.6億元,對應(yīng)當年新增市場空間為 12.6/31.0億元?,F(xiàn)階段, 單 GW 設(shè)備價值量報價仍偏高(各階段工藝方案并未完全敲定),我們 估計 PVD 設(shè)備約 4000 萬元/GW,曝光機約 4000 萬元/GW,電鍍機報價 最高達 5000 萬元/GW,其他設(shè)備估計價值量約 4000 萬元/GW。我們認 為,伴隨 2023 年完成中試線驗證,2024 年開始或?qū)崿F(xiàn)加速產(chǎn)業(yè)化,至 2025 年各環(huán)節(jié)設(shè)備約有 1000~2000 萬元/GW 的降幅,量產(chǎn)情況下預(yù)計 單 GW 設(shè)備價值量控制在 1.1 億元左右。
預(yù)測假設(shè): 1)以 CPIA 保守情況下預(yù)測的光伏新增裝機量作為參考起點,對應(yīng)新增 電池需求按 1:1.1 折算; 2)以 PV infolink 估計的 N 型電池市占率(圖 1)作為保守情況下的參 考基準(對應(yīng) 2022~2025 年為 8%/27%/41%/49%),假設(shè)樂觀情況下 2022~2025 年的滲透率分別為 15%/40%/50%/60%; 3)假設(shè)電鍍銅技術(shù)在 2023 年有小范圍試用,隨后加速滲透,2023~2025 年保守/樂觀情況下對應(yīng)滲透率分別為 1%/3%/10%和 2%/6%/20%。
原標題: 光伏電鍍銅技術(shù):有望逐漸產(chǎn)業(yè)化,開啟無銀時代