近年來,隨著光伏需求不斷擴張,光伏裝機量迅速提升導致銀漿耗量增加,進而帶動銀價“水漲船高”,原有的銀包銅技術存在成本增加可能。N型電池作為新技術路線產能進一步釋放,要想實現大規模擴產,降本增效是其產業化的關鍵,而銀漿成本在 HJT 總成本中占比最高約為 11%,降銀成為“降本”中的重要一環。
“去銀化”一直是光伏行業長遠發展的必經之路。
目前來看,銀漿降本主要采用兩種手段:一是通過優化柵線圖形從而節約銀漿耗量,例如無主柵技術;二是降低漿料銀含量,尋找貴金屬的替代品,例如銀包銅技術就是通過將銀覆蓋在銅粉顆粒的表面來減少銀用量。若想實現終極“去銀”,徹底解決HJT 用銀問題,電鍍銅無疑是現今所有降銀手段中的“王炸”。
這主要是因為電鍍銅由于柵線更細,降低了遮光面積,進一步提升了轉換效率并降低單位成本。現今,較銀包銅路線而言,電鍍銅技術的競爭優勢日益顯露,產業化進程加速,已然成為抑制銀漿價格上漲的重要手段。
電鍍銅工藝流程
光伏電鍍銅技術是一種借鑒印刷電路板PCB生產中的成熟度圖形化電鍍銅線路工藝,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。
主要工序包括種子層沉積、圖形化、電鍍及后處理四大環節,各環節內部涌現不同的技術路線導致電鍍銅工藝方案眾多。
(1)種子層沉積: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,設備主要采用 PVD,主要技術分歧在于是否制備種子層、制備整面/局部種子層和種子層金屬選用;
(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,主要技術分歧在于曝光顯影環節選用掩膜類光刻/LDI 激光直寫/激光 開槽;
(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,主要技術分歧在于水平鍍/垂直鍍/光誘導電鍍;
(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。
目前電鍍銅工藝將降本重點放在圖形化與電鍍兩個環節,電鍍銅設備價值量為 2 億元/GW,隨著各環節技術進一步成熟及電鍍銅規模化量產,設備投資額后續有望下降到 1 億元/GW 左右。
電鍍銅的優勢
電鍍銅技術既能夠通過更低的電阻、更高的柵線來提高轉換效率,也能夠完全替代高價銀實現降本,這些都迎合著未來電池金屬化工藝的發展方向。
值得一提的是,電鍍銅技術可謂 HJT 專屬,為異質結電池“量身打造”。
縱觀幾種主流電池技術:P型電池單面用銀,銀漿耗量較少,電鍍銅帶來的降本空間極為有限,因此無需使用電鍍銅技術;XBC電池本身工藝復雜需要多次掩膜和刻蝕,且不需要考慮遮光損失,電鍍銅技術只會進一步增加其復雜程度;TOPCon電池高溫工藝下銅容易氧化失效,同時TOPCon 電極直接與硅片接觸,缺少薄膜阻擋,銅易擴散到硅中,可靠性降低,TOPCon 自身設備和工藝成本低廉,降本意義不大。
反觀HJT電池則大大不同,與電鍍銅技術的適配性更高。
首先,HJT電池的低溫工藝就與電鍍銅工藝“不謀而合”;其次,HJT電池電極與薄膜相互接觸,能夠避免銅污染硅片內部;此外,HJT雙面用銀且低溫銀漿耗量更大、價格更高,導致HJT 銀漿降本需求最為迫切。據測算,電鍍銅技術降低 HJT 非硅成本的效果最為明顯,非硅成本降低幅度高達21%。實現去銀化后,未來HJT電池有望將金屬化成本降至0.06-0.09元/W。
現階段量產難點
早期電鍍銅技術以研發線和中試線為主,并沒有大規模量產。2022年以來,耗材借鑒PCB領域的濕膜、設備借鑒半導體領域的激光方案后技藝有所突破,產業化進程加速,快速導入驗證中。
2018 年 國電投建立了電鍍銅中試線,2021 年初效率達到 24.5%;金石能源 2021 年推出了電鍍 銅 HBC 組件,組件效率達到 23.3%,中試線效率最高超 26%;2021 年 11 月海源復材發布公告,與捷得寶合作建設 5GW 電鍍銅 HJT 產能,首條線規劃投產 600MW。
盡管電鍍銅技術已取得不小進展,但現階段仍處于產業化初期,存在設備產能、環保、良率等問題。相關研究機構表示,電鍍環節中的水平鍍技術通過滾輪水平進入電鍍機,上下兩層導電的毛刷與硅片圖形化留下的溝槽接觸,進而實現長銅,此種工藝可以提升電鍍環節生產節拍和生產良率,有望滿足光伏電鍍銅大產能低成本量產條件,目前已有廠商轉向水平鍍與垂直鍍結合的電鍍技術。
市場空間測算
隨著設備、耗材等產業鏈配套逐漸成熟,下游電池廠的積極研發驗證,東吳證券預計2023 年電鍍銅行業將進行較大規模中試,2023 年年中將出現 100-300MW 產線,2024年或將出現 GW 級產線導入量產。到2025年,按照HJT電池45%的市場滲透率估算,電鍍銅設備市場空間可達 30億元。
面對巨大的市場潛力,布局新技術的多家設備廠商或將率先受益。
邁為股份作為異質結設備領軍者,近年來積極布局電鍍銅工藝。據悉,公司已與濕法工藝積累深厚的啟威星合作開發水平電鍍設備,布局了水平電鍍設備及生產線、電鍍夾具、藥液濃度控制等多方面專利。
光伏自動化設備龍頭的羅博特科也實力不俗,自 2011 年成立以來公司深耕光伏自動化設備并得到下游客戶的廣泛認可。前瞻性布局HJT領域,成功切入銅電鍍業務領域,布局 4 種電鍍技術方案。獨創了全新的量產型銅電鍍方案,從源頭上解決了目前生產中產能低、運營成本高等痛點。2023 年 1 月與國家電投在銅柵線異質結電池 VDI 電鍍解決方案達成戰略合作,公開的發明專利宣布實現雙面電鍍、單線產能 14000 整片/小時、破片率<0.02%。