电气设备行业专题报告：晶硅电池铜代银方案还有多久产业化？

晶硅电池铜代银方案还有多久产业化？分析师：蔡紫豪登记编码：S0950523070002邮箱：caizihao@wkzq.com.cn联系电话： 0755-23375760五矿证券研究所 电气设备行业证券研究报告|专题报告2025/08/21电气设备行业投资评级看好铜浆的作用及原理01铜浆对中游的影响铜浆在下游的降本效果结论与风险提示Contents目录030204铜浆的作用及原理珍惜有限 创造无限关键影响因素金属化要求•功函数、电阻率、迁移率•热、化学稳定性•强可靠的附着力金属化材料转换效率•串阻损失(接触电阻、线电阻)•光电流损失(遮光比，背反射）•复合损失(金半接触复合)•栅线宽度、形状、密度设计•制作工艺简单•可批量设计工艺制造成本•金属化材料价格•工艺复杂程度•制造通量•表层掺杂类型、浓度、深度•钝化接触结构•接触面的形貌电池结构长期可靠性•金半接触界面可靠性•金属材料自身可靠性1.1 电池金属化的作用图表1：电池金属化的要求和发展趋势资料来源：长三角太阳能光伏技术创新中心，五矿证券研究所图表2：电池金属化主要方案资料来源：光伏行研，五矿证券研究所整理 金属化是光伏电池生产中至关重要的工艺，通过在晶硅表面制备金属电极（如银浆、铜浆等），实现电流导出，直接影响电池的光电转换效率、成本和长期可靠性。要求及发展趋势：降低成本、提高效率。其主要工艺是将金属化浆料通过接触式（如丝网印刷）和非接触式（如激光转印、电镀铜）工艺使金属栅线附着在电池片表面制作电极。4新型金属化技术接触式非接触式无主栅/多主栅 二次印刷 两步印刷 钢板印刷 点胶印 激光转印 物理气相沉积 激光烧结电极 电镀/化学镀 喷墨打印 导电薄膜技术 多主栅技术 智能网栅焊接技术 Merlin TM珍惜有限 创造无限对比项目银铜铝电导率（Ωm）1.59×10^-8 1.68×10^-8 2.65×10^-8稳定性好差差原材料价格（元/kg）85008020在地壳中的丰度(ppm)0.086882000碳足迹（kgCO₂e/kg）1553.9716.11.2 晶硅电池金属化方案变迁图表3：电池金属化方案发展历史与变迁资料来源：长三角太阳能光伏技术创新中心，五矿证券研究所 1980年代前： 20世纪40~50年代以真空蒸镀Ag/Al为主的“实验室探索期”；60~70年代在航天需求带动下，引入Ti/Pd/Ag多层蒸镀和Cu/Ni电镀的“早期应用期”。 1980年代后：光伏电池金属化以丝网印刷配合银浆、铝浆为主，并不断优化提升。 目前：因银价格持续上涨，同时光伏行业竞争愈加激烈，贱金属化替代成为新一代光伏发展降本的核心，铜代银方案开始出现并逐步成熟。5图表4：主要电极材料性能对比资料来源：聚和材料，wind，五矿证券研究所初步探索期早期应用期缓慢发展期迅猛拓展期1940-19592000-至今1980-20001960-1979• 技术仍处实验室级别，成本高、产能低，为后续工艺奠定基础。• 前期以蒸馏AI电极、Ag电极、Ti/Ag电极为主。• 中期以真空蒸馏Ti(Pd)Ag电极体系为主的金属化技术。• 后期尝试化学镀Ni，电镀Cu。并开始研究丝网印刷。• 丝网印刷配合银浆、铝浆为主，并不断优化提升。• 丝网印刷配合银浆仍是主流。• 开发丝网印刷配合铜浆的技术路线。• 丝网印刷技术已达极限，非接触式金属化方案展现潜力。真空蒸镀(Ag、AI)电镀真空蒸镀(Ti/Pd/Ag)化学镀和电镀丝网印刷丝网印刷珍惜有限 创造无限1.3 铜浆产业化的难点及解决方案图表5：铜氧化的原理资料来源：《Oxidation behavior of Cu–Ag core–shell particles for solar cell applications》Hoang Tri Hai等，五矿证券研究所图表6：铜氧化解决方案资料来源：《LTCC 用铜电子浆料的制备与性能》张芳，五矿证券研究所 铜氧化产生的原因：因铜过于活泼，易于氧化，形成氧化铜。以银包铜粉为例，在200℃左右就会形成氧化铜，膨胀后将银包铜结构破坏，使得金属化电极失去导电性能。 铜氧化防止的方式：1）其他气体保护，防止铜和氧气接触，避免氧化；2）表面包覆，采用其他有机无机材料，在铜粉表面形成保护层，防止铜和氧气接触。6铜浆抗氧化路线优化烧结工艺参数对铜粉进行表面处理还原性/惰性气体氢气、氮气、氩气等减少铜粉在高温下与氧气接触的机会包覆导电碳材料如石墨烯、碳层提供导电性耐受高温空气氧化包覆惰性金属如银： 形成Cu@Ag 核壳结构500°C高温下不氧化包覆有机物如油胺、聚吡咯等在烧结时释放还原气体中和氧化环境包覆无机物如SiO₂或玻璃凝胶包覆层致密、均匀珍惜有限 创造无限1.3 铜浆产业化的难点及解决方案图表7：铜迁移解决方案资料来源：《Ultra-Lean Silver Screen Printing for Sustainable Terawatt-Scale Photovoltaics》 Brett Hallam ，五矿证券研究所图表8：银种子层示意图资料来源：AIOT大数据，五矿证券研究所测算 铜迁移的原因：铜原子在高温烧结过程中快速扩散进入硅基体，通过晶格空位和间隙路径移动，形成深能级陷阱中心。这破坏PN结结构，导致杂质复合增强、少子寿命下降、漏电流增加、开路电压降低。铜的扩散速度极快，在TOPCon电池（涉及多层掺杂接触区）中尤为严重，因为其多晶硅薄膜结构对铜扩散敏感。HJT结构含有TCO层，可以有效阻挡铜迁移，因此对于铜迁移问题，主要针对TOPCON和BC电池。 铜迁移的解决方案：通过在铜和硅片中间添加种子层，以防止铜对硅的扩散。7电 池 片入射光导电丝导电种子层银种子层背面/正面丝网印刷间断线+焊接点银浆烧穿780摄氏度烧结200摄氏度干燥2mins铜栅300摄氏度固化10s120摄氏度干燥1mins背面/正面丝网印刷主栅和副栅低温铜浆正面/背面金属化TOPCon前驱体铜浆在下游的降本效果珍惜有限 创造无限2.1 金属化成本在电池成本中占比提升图表9：近年电池成本构成资料来源：Infolink Consulting，五矿证券研究所图表10：金属化成本在电池成本中的占比变化资料来源：Infolink Consulting，五矿证券研究所 近年来，电池成本出现明显下降，一方面来自于硅成本的下降，另一方面也来自于折旧、制造等非硅成本的快速下降。金属化成本占比在电池总成本中的占比是逐步提升的。虽然银耗量在持续下行，但是上升的银价导致目前金属化成本相对刚性，逐步达到30%的水平，成为电池企业降本的首要目标。90%10%20%30%40%50%60%2022202320242025金属化成本占总成本金属化成本占非硅成本0.000.100.200.300.400.500.600.700.802022202320242025硅片成本银浆成本折旧成本电力成本人工成本其他化学试剂成本珍惜有限 创造无限2.2 铜代银可以显著降低金属化成本图表11：TOPCON电池铜代银与银浆方案金属化成本对比（元/W）资料来源：Infolink Consulting，五矿证券