铜浆要替代银浆应用于光伏,最大的技术难题在于铜在高温烧结过程中的氧化。国金证券最新深度报告指出,海外Copprint公司通过次磷酸(HPA)动态氧化还原技术,将铜浆烧结温度降至50-500℃、时间缩短至0.01-600秒,匹配光伏制造节拍。国内聚和材料在此基础上研发出空气烧结铜浆方案,仅需200℃、10秒,烧结后栅线电阻率优异。东方日升在HJT路线将银耗从6mg/W降至0.5mg/W,聚和材料在TOPCon路线将银耗可降至2mg/W。铜浆抗氧化技术已逐步成熟,无银化量产导入在即。
电子铜浆无法迁移光伏——6.5小时 vs 10秒的节拍鸿沟
铜浆在MLCC、LTCC等电子器件领域应用已较成熟,但电子铜浆从排胶(30min-1h)到高温烧结(900℃、1-2h)再到自然冷却(约5h),最少需6.5小时,与光伏丝网印刷10-20秒/片的制造节拍完全背离。光伏铜浆需建立全新的低温、快速烧结材料体系。
技术关键有二:一是降低烧结温度使铜粉不易氧化;二是在空气环境中快速完成烧结,无需惰性气体保护。海外Copprint公司自2009年起研究铜浆抗氧化,2017年提出基于次磷酸(HPA)的空气烧结技术方案并申请专利。
Copprint空气烧结原理——次磷酸动态氧化还原
Copprint专利技术核心机制为:在铜纳米颗粒中添加次磷酸(HPA)作为铜氧化剂。一部分铜粉被氧化为亚铜离子(Cu⁺),与酸中的氢结合形成氢化亚铜(CuH)。CuH在60℃以上即可分解为金属Cu和H₂。持续的氧化还原反应为烧结过程提供金属单质、使电极更加致密;同时H₂可作为保护气氛,防止Cu在烧结过程中被氧化。
该配方显著降低了烧结温度和持续时间,工艺窗口为50-500℃、0.01-600秒,生产过程所需的机械复杂性及相关成本同样降低。Copprint专利期限至2037年8月3日,为全球光伏铜浆发展奠定了关键技术基础。
H3:聚和材料——国产铜浆方案走向产业化
国内聚和材料对比了三大铜浆防氧化技术路线:聚合物包覆、低熔点金属包覆、添加烧结助剂。其中烧结助剂通过动态氧化还原反应为铜粉在空气烧结中提供隔绝氧气气氛,烧结后电阻率水平最为优异,是目前最接近产业化的铜浆技术。
聚和铜浆方案仅需200℃、10秒空气烧结,无需氮气保护,烧结后粉与粉之间无需有机物粘接,线电阻更低。应用于TOPCon电池背面细栅且浆料单耗不变情况下,电池效率几乎无损失,单位银耗可降至2mg/W。该产品正在导入龙头企业进行量产验证。
铜浆抗氧化技术路线对比| 技术路线 | 烧结条件 | 抗氧化机制 | 产业化阶段 |
|---|
| 电子铜浆(传统) | 900℃、N₂气氛、>6.5h | 惰性气氛保护 | 成熟(非光伏) |
| Copprint技术 | 50-500℃、空气、0.01-600s | 次磷酸动态氧化还原 | 专利已授权 |
| 聚和材料方案 | 200℃、空气、10s | 烧结助剂动态氧化还原 | 量产验证中 |