铜电镀应用广泛 光伏方案多元化

1、技术方案多元化

电镀应用广泛，光伏方案多元化

电镀技术应用广泛。电镀技术是现代微电子制造中的重要技术，广泛应用于PCB制造、IC封装等领域，基本原理是利用化学 电解原理，在特定金属表面镀上一层特定的金属或合金，以水平电镀为例，阴极电镀刷与基片接触、形成电镀体系的阴极， 阳极件设置于电解槽的电解液中。 图形化和电镀是核心环节。光伏铜电镀技术主要工序包括种子层制备、图形化、电镀、后处理等四大环节，其中图形化和电 镀是核心环节，目前各环节均存在多种技术路线。

种子层：整面种子层是目前主流

整面种子层是目前主流方案。种子层的主要作用是提升镀层与TCO间的附着性和导电性，常见材料包括铜、镍、铜镍合金等， 制备方法包括溅射（目前主流）、蒸镀、PECVD等，工艺路径包括整面种子层（目前主流）、局部种子层、无种子层等。局部种子层步骤简洁、废液较少。太阳井于2018年1月申请专利，在TCO上面部分区域形成金属种子层（优选溅射法），并 在金属种子层两侧形成图形化掩膜，该方法在保证电镀金属与TCO之间高吸附力的前提下，省去种子层蚀刻步骤，能够缓解 对TCO的蚀刻作用，也能减少废液排放。

种子层：无种子层降本优势显著

无种子层目前仍处于实验室阶段。根据迈为股份公众号，迈为股份和SunDrive自2021年起合作研发HJT电池，采用无种子 层方案，2022年9月双方联合开发的无银HJT电池转换效率攀升至26.41%，2023年6月双方联合开发的铜电镀HJT电池转换 效率攀升至26.60%，以上均为采用可量产技术的实验室数据。无种子层包括通电还原、化学镀等多种方案，能够节省设备、 材料及刻蚀成本，目前仍处于实验室阶段，量产中的拉力控制较大。

根据迈为股份专利申请书（20230207），其HJT铜制程电池（无种子层）制备流程主要包括PVD沉积ITO->ITO上制作掩 膜层->图形化开口->粗化/预浸/钯活化（暗黑环境下）->预镀->去氧化->电镀铜->退膜->化学镀锡，传统HJT铜制程电池 （有种子层）制备流程主要包括PVD沉积ITO-> PVD沉积铜种子层 -> ITO上制作掩膜层->图形化开口->电镀铜->退膜- >去除种子层（化学刻蚀）->化学镀锡；性能测试对比发现，传统有种子层工艺中，铜栅线电镀宽度为30.70μm，然而受到 铜刻蚀中的刻蚀因子及药水表面张力等影响，铜栅线底部实际遮光线宽约47.66μm，无效线宽约17μm、占比超过50%， 相比，该无种子层工艺中，无效区域占比低于10%，因此除了降本、环保等潜在优势，无种子层还能缩小栅线宽度和实际光 照间的差距。

图形化：直写光刻有望率先放量

分辨率、套刻精度和产率是***的主要性能指标。核心设备是***，性能指标主要包括分辨率（图形转移的微细化 程度）、套刻精度（图形转移的位置准确度）和产率（图形转移的速度），其中分辨率直接受限于投影物镜的数值孔径和 曝光光源的波长，套刻精度主要受限于对准系统的测量精度和工件台/掩模台的定位精度，产率则与光源功率、曝光场大 小、工件台步进速度等因素有关。

铜电镀产业化初期，硅片尺寸、栅线方案易变，掩膜板开发周期较长，受益图案编辑速度优势，直写光刻产业化领先有 望率先放量。精度方面，光伏应用精度要求远低于半导体，直写光刻与掩膜光刻均能满足；节拍方面，直写光刻与掩膜 光刻均有提速方式，以满足光伏生产节拍需求；长期重点关注两者降本进度。

图形化：掩膜光刻研制加速

苏大维格投影扫描设备已搭建完成。半导体领域的主流光刻技术，根据掩膜板与基片间距可分为接触式/接近式掩膜、投影 式掩膜，其中投影式掩膜通过投影原理，在相同尺寸掩膜板的前提下获得更小比例的图像，在最小线宽、对位精度等指标 上具备优势，适用于中高端IC前道制造、先进IC后道封装等领域。光伏铜电镀领域，目前接触式/接近式掩膜、投影式掩膜 均有应用。2023年7月，苏大维格自行研发的高速低成本投影扫描光刻设备已顺利搭建完成，正在与下游客户做相关验证 工作。

图形化：油墨已成为主流

曝光质量取决于紫外光传递到感光材料的能量均匀性，因为曝光是一种紫外光能量的传递过程，所有会吸收能量的潜在介质 都是影响因素，主要是光源、镜头和感光材料。同时，栅线宽度主要取决于曝光设备和感光材料。受益于半导体***发展 成熟，技术迁移至光伏应用后，光源和镜头对曝光质量的影响、曝光设备对栅线宽度的影响均相对有限，因此感光材料是铜 电镀栅线宽度和均匀性的重要影响因素。感光油墨成本优势显著，兼容多种曝光方案，现已成为铜电镀主流感光材料。光伏 油墨和PCB油墨在宏观材料维度具备相似性，主要差异在于加工界面，光伏油墨需要在金字塔绒面实现良好涂覆，需要增加 调控成分以改善界面粘性，同时兼顾光伏低成本要求。2023年5月，广信材料与海源复材、芯碁微装在上海SNEC会场签署 《高效率低成本N型电池铜电镀金属化技术战略合作协议》，广信材料光伏感光胶研制顺利，目前正与多家企业对接、送测。

图形化：喷墨打印降本环保优势显著

帝尔激光HJT图形化工艺正在研发。对工艺精准性的要求较高，开槽需要精细、无损，同时还要实现后续铜离子的较好吸附， 对激光设备提出较高要求。根据帝尔激光公告，公司研制的激光高精超细图形化设备已应用于TOPCon/XBC量产工艺，目 前已有量产订单交付，HJT图形化工艺正在研发。

喷墨打印具备降本、环保优势，设备方案有待成熟。喷墨打印是一种增材制造技术，在材料用量、生产效率、环境影响及生 产成本等方面具备优势，根据墨水类型可直接沉积数十纳米到数十微米厚的图案。根据Meyer Burger公众号，以PCB为例， 相较传统光刻技术，喷墨打印技术可节约高达50%的阻焊油墨、减少80%以上的化学废弃物和用水量，且无需使用任何化学 显影剂，主要设备从3台（涂胶/曝光/显影）缩减至1台（喷墨打印），能耗至少能降低60%。光伏铜电镀领域，喷墨打印方 案同样具有环保、降本等潜在优势，然而打印头、定位系统等核心零部件的成熟度有限，工艺稳定性及打印效率有待提升， 另外油墨配方存在附着力、固化及扩散（喷射后）等诸多挑战。

电镀：化学方案加速细节优化

化学方案：镀液配方包括主盐、配位剂和辅助盐、添加剂等，其中主盐（硫酸铜）是电镀液中最主要的成分，是溶液中 铜离子的主要来源，微量添加剂不会明显改变溶液电性，却能显著改善镀层性能。虽然电镀液的基本组成差异不大，具 体电镀方案的添加剂配方、镀液整体配比存在较大调整空间。光伏电镀和传统电镀的镀液配方并无本质差异，PCB行业 镀液种类多元，可借鉴方案丰富，产业化初期各家方案正加速细节优化。

电镀：传输时间成为产能重要影响因素

机械方案不仅影响良率、占地面积，也会影响电镀产能。我们将电镀产能换算成单一硅片电镀耗时，主要包括电镀时间和传 输时间两大部分。 （1）电镀时间：根据镀层厚度计算公式，假设镀层厚度、电化当量、电流效率和金属密度固定，提升电流密度能够缩短电镀 时间，然而电流密度存在最佳范围，即电镀时间降低空间有限；假设电流密度已达上限，且电化当量、电流效率、金属密度固 定，降低镀层厚度能够缩短电解时间，然而栅线高宽比受限于设备及材料方案，若要改变镀层厚度，栅线宽度也要调整，将对 电镀液的流动性和分散性提出新的要求，同时栅线变窄需要调整油墨配方及曝光方案，因此镀层减薄是项系统性工程，进而电 镀时间缩短受阻；综上，缩短电镀时间涉及较多变量，随着电力方案、化学方案逐步趋稳，电镀时间的提产作用逐步下降。 （2）传输时间：不同机械方案中，硅片受力情况存在差异，为了保证产品良率，运输速度存在差异，同时考虑到通道排列、 设备长度不同，传输时间已成为电镀产能的重要影响因素。

2、产业合作加强，中试验证加速

2024年有望进入小批量量产阶段

2023H2起中试验证加速，2024年有望进入小批量量产阶段。光伏铜电镀技术需要在其他电镀技术基础上二次开发，难点在 于单个环节的设备、材料和工艺的匹配，以及前后环节的匹配，鉴于整线设备及材料种类较多，量产工艺整合难度较大。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起中试验证有望加速，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。

成本、产能、良率有待优化

目前业内部分中试线逐步成熟，相关项目其实已具备投产条件，然而成本、产能及良率等指标有待优化。长期来看，根据海 源复材公众号，相比丝印银浆工艺，铜电镀电池预计降本6-8分/W、提效0.3%-0.5%，银价波动压力下，看好铜电镀长期 发展空间。 成本：目前设备及材料成本较高，设备降本涉及生产规模、商务谈判等因素，产能提升或将成为间接方式；掩膜材料、电镀 液、显影液等耗材成本较高，其中油墨相比干膜更具经济性，油墨降本方面，材料供应商需要规模化生产、工艺优化，电池 生产企业需要优化材料体系及曝光方式，进而改善栅线高宽比，量产阶段材料降本有望加速。 产能：图形化方面，除了设备节拍，油墨烘干会占用时间、影响产能，需要优化油墨材料体系和干燥条件；电镀环节，增加 电流密度是电镀提速的重要方式；此外，中试阶段各环节产能均在提升，产能匹配问题有待解决。 良率：良率包括碎片率、外观良率，中试阶段碎片率持续降低，外观良率有待进一步优化。

审核编辑：刘清