李 伟，杨晓艳，张亚东，柴明强，艾琳，黎 楷

（1.国家镍钴新材料工程技术研究中心，甘肃 兰州 730101；2.兰州金川科技园有限公司，甘肃 兰州 730101）

蒸镀材料行业作为电子信息产业中重要的基础材料行业，处于电子工业产业链的最前端，高纯蒸镀材料广泛应用于高效率薄膜CIGS太阳能电池组件、OLED照明组件、光学组件、发光二极管、平板显示等领域。随着新能源及节能环保新兴行业的迅速发展，特别是薄膜光伏电池、OLED照明等领域的行业技术突破，为高纯蒸镀材料产品市场提供了广阔的市场前景。

1 蒸镀材料的生产企业及市场

目前全球有30多家公司置身于铜铟镓硒产业，但真正进入市场开发的公司只有德国的Wuerth（伍尔特）、Surlfulcell、美国的Global Solar Energy、日本的Honda（本田）以及Showa Solar Shell。2006年、2007年世界铜铟镓硒电池组件产能分别为17.5MW、60.5MW，在世界光伏市场上占据的份额很小。到2015年，铜铟镓硒将占薄膜太阳能电池市场的29.6%，预计2020年占比达到43.3%。

国内生产蒸发料的企业有有研亿金新材料股份有限公司、贵研铂业股份有限公司、贺利氏招远贵金属材料有限公司和江苏鑫瑞崚新材料科技有限公司，主要产品规格有丝材、块状、棒状、箔材，其中有研亿金的主打产品蒸发料在行业中处于较大的领先地位，市场占有率在70%以上，在行业内占据第一位，主要蒸发料产品有Au及Au合金、Ag、Pt、Ti、Ni、V、Cr、Al、Cu。蒸发料的经销商有中金研新材料有限公司、北京泛德辰、优美科等，经销的蒸发料产品品种上百种，包括金属类、氧化物类、化合物类蒸发料。

据中国电子材料行业协会数据显示，2016年，全球太阳能电池用蒸镀材料市场规模为23.8亿美元，同比增长29%;结合近几年光伏行业发展情况及中国电子材料行业协会统计测算，2020年，全球太阳能电池用蒸镀材料市场规模将达到37.5亿美元，同比增长27%。目前国内太阳能电池主要以硅片涂覆型太阳能电池为主[1]，薄膜电池的产量还有待增长。随着国内薄膜电池生产线的投产，我国太阳能电池用蒸镀材料市场将持续增长。预计2019-2024年我国太阳能电池用蒸镀材料市场有望持续扩大，复合增速将维持在20%～25%左右增速水平，到2024年，我国太阳能电池用蒸镀材料市场规模将接近70亿元[2]。

2 高纯铜蒸镀材料的发展及现状

2.1 高纯铜蒸镀材料的发展趋势

高纯铜蒸镀材料是各类薄膜蒸镀行业的关键材料，应用领域广泛，种类繁多，其纯度、密度、品质等对最终的半导体电子器件或光学元器件的质量和性能起着重要作用，目前高端高纯铜蒸镀材料产品纯度一般在5N-6N，其质量对薄膜性能有很大的影响，同时会影响到镀膜的生产效率和成本。如图所示是三种真空镀膜方式原理示意图：

图1 蒸发镀膜法

图2 磁控溅射镀膜法

图3 多弧离子镀膜法

蒸镀材料的技术发展趋势与下游应用产业的薄膜技术发展趋势息息相关。蒸镀材料行业的技术发展主要取决于先进薄膜材料、先进的薄膜沉积制备技术和薄膜结构的控制以及对薄膜物理、化学行为相关的表面科学技术的深入研究。目前，对薄膜材料的制备技术的研究正向多种类、高性能、新工艺、新装备等方面发展；薄膜材料的研究正在向分子层次、原子层次、纳米尺度、微观结构等方向深入；对蒸镀材料的研究朝着多元化、高纯度、大型化、高溅射速率、高利用率等方向进行[3]。

可见，各方面技术要求以及市场的需求决定了蒸镀材料的发展趋势：

（1）材料高纯化，Cu纯度＞99.9999%，且能有效控制特定杂质元素Fe、Ni、Co、Ag等34种杂质元素含量＜1ppm，C、N、O、H、S等气体元素含量分别＜5ppm。

（2）材料均匀性提高，晶粒尺寸减小，消除微观偏析和内部缺陷。产品规格多样化，颗粒尺寸一致性好，剪切端面平整无毛刺。

（3）材料熔炼过程高真空化，熔炼真空度＜10-3Pa，避免高温熔炼过程材料氧化。

2.2 高纯铜蒸镀材料制备的技术开发

高纯铜蒸镀材料的制备技术核心在于原材料纯度、熔炼技术、后续加工三个方面。镀膜行业对于蒸镀原材料的要求是非常高的，对材料杂质元素含量有相当苛刻的要求，材料杂质含量必须控制在1ppm以下，因此，对熔炼过程的控制，以及后续加工清洗的措施对蒸镀材料的制备极为重要。

（1）杂质元素含量控制。光学薄膜对材料纯度的要求相对较高，特别是制备多层膜时，杂质的影响可成叠加之势，因而对材料纯度的要求更高，若蒸镀材料中杂质元素含量过高，在蒸发镀膜过程中，易在薄膜上形成杂质微粒或凸起，导致薄膜透过率、折射率变差[4]，性能衰减变快，严重影响薄膜质量。蒸镀材料中的杂质元素大部分是由原材料带入，因此在原料制备过程中，应选用过滤设备性能较好，电解槽材质不易腐蚀，硅整流运行稳定等的设备进行生产。同时，在熔炼过程中要控制大颗粒夹杂物的引入，蒸镀材料中的大颗粒夹杂物绝大部分是由熔炼坩埚，浇道、铸模引入，因此要选用三高石墨制成的坩埚、浇道及铸模，并且在熔铸过程中采用在真空或惰性气体保护环境下熔炼和铸造。

（2）后续加工过程的控制。高纯铜蒸镀材料的后续加工过程包括拉丝、剪切、清洗包装，在严格把控蒸镀材料纯度的基础上，通过优化后续加工工序，调整蒸镀材料颗粒表面质量及抗氧化性能。选择高硬度钻石拉丝模具，防止蒸镀材料表面划伤，出现纵向裂纹；选择卡扣式剪切模具，避免蒸镀材料颗粒受挤压变形产生尖角，尖角受到电子束轰击后，容易产生飞溅[5]，对膜层质量产生影响；使用含表面活性剂的清洗液，在超声波清洗机中清洗半小时以上，保证蒸镀材料表面油污脱落。或者采用1:1配比的酸+纯水浸泡清洗1～2分钟，用优级纯酒精冲洗烘干后，采用两层尼龙塑料袋真空封装，保证蒸镀材料表面光亮，不易氧化。

2.3 高纯铜蒸镀材料的发展存在的问题

（1）技术问题。蒸镀材料具有典型的技术密集型行业特点，要求行业内的企业具有较强的技术研发实力和先进的生产工艺，具有完善的产品质量控制能力。

高纯铜蒸镀材料作为平板显示、半导体、太阳能电池、光学元器件等行业上游关键的原材料之一，其与整个下游行业的技术发展和升级密不可分，所以高纯铜蒸镀材料生产企业通常需要投入非常大的人力、物力、资金进行技术研发，以推动整个产业的技术革新，同时满足日益个性化的客户需求和不断变化升级的市场。此外，高纯铜材料涉及多种有色金属分离提纯，其技术与生产工艺难度较高，下游应用高纯铜蒸镀材料的纯度、微观晶粒结构、各项物理性能等有着极严格的要求，对于新进入者来说具有较高的技术门槛。

（2）资金问题。高纯铜蒸镀材料行业属于资金密集型行业，本行业在生产方面需要投入大量资金建设大型车间、购置各类精密加工设备及配套辅助设备等，同时为保障产品质量的可靠性往往还需配套高端的检测设备。再者，本行业在环保方面也需要投入大量资金购置各类环保设备，如污水处理设备、尾气吸收设备等。这些均需要大量的资金投入，使得行业的资金进入门槛较高。

（3）市场认证问题。蒸镀材料行业存在着品牌准入壁垒。由于蒸镀材料对下游客户产品的性能、稳定性等方面都具有重要的影响，因而客户对高纯铜材料的质量要求较高，一般需要经过非常严格的产品认证，并且只信任产品质量过硬、成功量产多年和资历较深的知名企业。对于新进入者而言，很难在短期内建立起良好的市场品牌，并快速打开市场。

（4）国内下游技术落后问题。目前，国内的蒸镀材料主要应用领域为光伏行业、显示行业、节能环保等行业，我国在镀膜技术、材料技术、装备技术等相关技术创新及新产品开发等方面的研究整体落后于国际厂商，整体制程技术以引进为主，自主创新少，人才培养及材料开发滞后，下游应用更新换代速度较慢，技术升级周期较长，制约了上游蒸镀材料行业的发展。

3 结语

高质量的高纯铜蒸镀材料在国内外具有良好的市场前景及经济效益，产品广泛应用于高效率薄膜CIGS太阳能电池组件、OLED照明组件、光学组件、平板显示等领域。根据薄膜材料的性能要求，高纯铜蒸镀材料的研究朝着多元化、高纯度、大型化、高利用率等方向进行，把控好原材料纯度、熔炼技术、后续加共是制备高质量高纯铜蒸镀材料最核心的三个方面。通过解决高纯铜蒸镀材料目前存在的技术问题、资金问题、市场认证等问题，促进我国高纯蒸镀材料产业的发展。