光伏行業(yè)作為目前我國(guó)最有競(jìng)爭(zhēng)力的新興可再生能源產(chǎn)業(yè)之一，經(jīng)過(guò)近二十年的發(fā)展，光伏產(chǎn)業(yè)從技術(shù)到產(chǎn)業(yè)，都成為中國(guó)領(lǐng)先并引領(lǐng)全球發(fā)展的“長(zhǎng)板”，正以不可估量的速度飛速發(fā)展，是推動(dòng)我國(guó)能源變革的重要引擎，也是未來(lái)實(shí)現(xiàn)我國(guó)承諾減排目標(biāo)“2030年碳達(dá)峰、2060 年碳中和”的主力軍。目前我國(guó)光伏產(chǎn)業(yè)在制造業(yè)規(guī)模、產(chǎn)業(yè)化技術(shù)水平、應(yīng)用市場(chǎng)拓展、產(chǎn)業(yè)體系建設(shè)等方面均位居全球前列。

近年來(lái)，隨著國(guó)內(nèi)加快能源結(jié)構(gòu)的優(yōu)化調(diào)整，在碳達(dá)峰碳中和目標(biāo)引領(lǐng)和全球清潔能源加速應(yīng)用背景下，光伏裝機(jī)容量將持續(xù)攀升。據(jù)國(guó)家能源局統(tǒng)計(jì)，2022 年上半年國(guó)內(nèi)光伏發(fā)電裝機(jī) 30.88GW，同比增長(zhǎng) 137.4%，已超過(guò) 2021 年 1-10 月國(guó)內(nèi)新增裝機(jī)容量總和。中國(guó)光伏行業(yè)協(xié)會(huì)預(yù)測(cè)，2022 年國(guó)內(nèi)光伏新增裝機(jī)將達(dá)到 85～100GW。預(yù)計(jì)2022 年-2025 年，國(guó)內(nèi)年均新增光伏裝機(jī)將達(dá)到 83～99GW，我國(guó)光伏產(chǎn)業(yè)總體呈現(xiàn)穩(wěn)定上升的發(fā)展態(tài)勢(shì)。

光伏行業(yè)嘗試各種渠道推動(dòng)電池片生產(chǎn)成本的下降。一是通過(guò)技術(shù)進(jìn)步降低成本，根據(jù)中國(guó)光伏行業(yè)協(xié)會(huì)的統(tǒng)計(jì)，電池轉(zhuǎn)換效率每提升 1%，成本可下降 5%-7%，因此提升轉(zhuǎn)換效率是降低生產(chǎn)成本的主要途徑之一；二是通過(guò)降低物耗以降低成本，電池片加工環(huán)節(jié)的主要材料成本包括晶硅和漿料，其中漿料價(jià)格與銀等大宗商品掛鉤，下降難度較大，因此企業(yè)往往通過(guò)技術(shù)升級(jí)來(lái)降低電池片中的漿料用量，從而達(dá)到降低成本的目的；三是通過(guò)壓低原材料價(jià)格以促進(jìn)成本降低；四是通過(guò)設(shè)備的國(guó)產(chǎn)化，提升生產(chǎn)品質(zhì)的同時(shí)大幅度降低投資成本。綜上，為在平價(jià)上網(wǎng)的大背景下保持企業(yè)競(jìng)爭(zhēng)力，電池片生產(chǎn)成本降低將成為市場(chǎng)趨勢(shì)。此外，占地面積小、單位面積發(fā)電量高的高效電池成為產(chǎn)業(yè)發(fā)展的重要方向。電池片轉(zhuǎn)換效率主要由其技術(shù)路線、工藝和生產(chǎn)設(shè)備等因素決定。

光伏發(fā)電將憑著環(huán)保優(yōu)勢(shì)對(duì)傳統(tǒng)能源形成較大的競(jìng)爭(zhēng)優(yōu)勢(shì)，在能源中的占比將迅速上升，由此帶來(lái)對(duì)光伏組件的巨大需求。在此背景下，高效太陽(yáng)能電池加工設(shè)備的市場(chǎng)需求將被進(jìn)一步拉動(dòng)。

激光在 N 型電池中的應(yīng)用包括激光摻雜、激光修復(fù)、激光刻蝕、激光轉(zhuǎn)印等，價(jià)值量較PERC 時(shí)代有望成倍增長(zhǎng)，因此 N 型電池放量也將帶來(lái)光伏激光設(shè)備市場(chǎng)空間快速擴(kuò)容。

PERC 電池仍為主流，激光技術(shù)助力增效

太陽(yáng)能電池是通過(guò)光電反應(yīng)將光能轉(zhuǎn)換成電能的能量轉(zhuǎn)換器，在太陽(yáng)能電池生產(chǎn)中，激光加工技術(shù)目前主要應(yīng)用于消融、切割、刻邊、摻雜、打孔、激光修復(fù)、激光劃片等工藝。

PERC 疊加激光摻雜 SE：

采用激光摻雜的 SE 技術(shù)可以顯著提高太陽(yáng)能電池淺擴(kuò)散區(qū)域的表面濃度，降低表面復(fù)合，在金屬接觸區(qū)域?qū)崿F(xiàn)重?fù)诫s，改善金屬漿料和電池的接觸，降低接觸電阻，提高電池轉(zhuǎn)換效率。因此，激光摻雜技術(shù)能在與現(xiàn)有 PERC 電池線兼容的基礎(chǔ)上，提高產(chǎn)出電池的光電轉(zhuǎn)換效率。PERC+SE 電池較普通PERC 電池的光電轉(zhuǎn)換效率絕對(duì)值可提高0.3%至 0.5%。利用激光加工工藝實(shí)現(xiàn) PERC+電池，光伏制造企業(yè)僅需在 PERC 生產(chǎn)線基礎(chǔ)上增加 SE 激光摻雜設(shè)備，投入較小，效益明顯。

2019 年，為降低太陽(yáng)能電池生產(chǎn)過(guò)程中的酸排放，堿拋技術(shù)逐步替代傳統(tǒng)的硝酸和氫氟酸，成為 PERC 電池 PN 結(jié)隔離的主要手段。堿拋技術(shù)的應(yīng)用，提升電池背鈍化面的平整度，提升了背面反射率和鈍化效果，提升了轉(zhuǎn)換效率提升。針對(duì)堿拋工藝的激光摻雜技術(shù)也應(yīng)運(yùn)而生，解決了原有技術(shù)的局部腐蝕問(wèn)題，提升了轉(zhuǎn)換效率。

隨著大尺寸硅片時(shí)代的到來(lái)，182mm 和 210mm 的大尺寸硅片進(jìn)一步提升了激光消融和摻雜整幅面的均勻性的要求，PERC 疊加激光摻雜 SE 技術(shù)和堿拋已經(jīng)成為 2020 年新增PERC 產(chǎn)能的標(biāo)準(zhǔn)配置。

PERC 消融（刻蝕）工藝：

PERC 高效太陽(yáng)能電池是通過(guò)在電池背面增加鈍化層，阻止載流子在一些高復(fù)合區(qū)域（如電池表面與金屬電極的接觸處）的復(fù)合行為，減少電損失，同時(shí)可以增強(qiáng)電池下表面光反射，減少光損失，從而提高電池的轉(zhuǎn)換效率，提高電池的性能。PERC 電池與常規(guī)全鋁背場(chǎng)電池最大的區(qū)別在于：電池背面用全表面介質(zhì)膜鈍化和局域金屬接觸方式取代全鋁背場(chǎng)電極。

在 PERC 技術(shù)中，背面電極透過(guò)鈍化層實(shí)現(xiàn)微納級(jí)高精度的局部接觸是技術(shù)難點(diǎn)之一。加工過(guò)程中，在對(duì)鈍化膜精密刻蝕的同時(shí)，不能損傷到硅襯底材料，否則會(huì)影響電池片最終轉(zhuǎn)化效率。早期實(shí)驗(yàn)室主要采用濕法刻蝕工藝，產(chǎn)業(yè)化難度高，且成本高。即便利用激光方式，也要求激光加工能夠定位最優(yōu)化的能量密度分布，精確控制激光作用時(shí)間，同時(shí)保證每個(gè)脈沖嚴(yán)格一致。只有特制的激光器和光路控制，配合長(zhǎng)期積累的工藝經(jīng)驗(yàn)，才能得到最佳的電池性能。迅速定位與特定材料加工匹配的微納級(jí)激光加工技術(shù)和適應(yīng)高效生產(chǎn)的控制系統(tǒng)是 PERC 電池激光加工設(shè)備的技術(shù)核心，同時(shí)也是高效太陽(yáng)能電池實(shí)現(xiàn)產(chǎn)業(yè)化的保證。

激光摻雜幫助 TOPCon 的效率進(jìn)一步提升

在 PERC 高效太陽(yáng)能電池快速發(fā)展的同時(shí)，限制于電池結(jié)構(gòu)的限制，轉(zhuǎn)換效率逐步接近天花板。以 N 型電池為代表的 TOPCon 電池、HJT 電池、IBC 等高效太陽(yáng)能電池結(jié)構(gòu)不斷技術(shù)升級(jí)，逐步從實(shí)驗(yàn)室走向產(chǎn)業(yè)化。

圖表32：N 型組件產(chǎn)能及出貨量

據(jù) PV Infolink 預(yù)測(cè)，各大企業(yè)對(duì) N 型的研發(fā)投入逐漸加大，在未來(lái)幾年內(nèi)，以 N 型為主的 TOPCon、HJT 和 IBC 增長(zhǎng)趨勢(shì)明顯。從生產(chǎn)工藝來(lái)看，IBC 電池工藝最難最復(fù)雜，TOPCon 次之，HJT 電池工藝最簡(jiǎn)單、步驟最少。從生產(chǎn)設(shè)備來(lái)看，TOPCon 電池與現(xiàn)有主流技術(shù) PERC 太陽(yáng)能電池生產(chǎn)工藝兼容性最高，可從 PERC 產(chǎn)線升級(jí)，IBC 次之，HJT電池完全不兼容現(xiàn)有設(shè)備，需要新建產(chǎn)線，且設(shè)備投資額最大。

2013 年德國(guó)Fraunhofer ISE 研究所提出TOPCon電池概念，采用N型硅材料作為襯底，硼擴(kuò)散形成發(fā)射極，背面采用一層超薄氧化層和摻雜多晶硅層鈍化層，雙面絲網(wǎng)形成金屬電極，電池結(jié)構(gòu)如下圖所示，經(jīng)過(guò)幾年的技術(shù)優(yōu)化，F(xiàn)raunhofer ISE 公布的最高轉(zhuǎn)換效率已達(dá)到 26%。國(guó)內(nèi)晶科能源、天合光能、中來(lái)股份等多家光伏企業(yè)相繼開展了相關(guān)研究，量產(chǎn)的轉(zhuǎn)換效率得到快速提升。

在 TOPCon 電池生產(chǎn)流程中，激光技術(shù)可以用于選擇性重?fù)剑⊿E 工藝）及激光轉(zhuǎn)印等環(huán)節(jié)。

TOPCon 電池中，激光硼摻雜為提效核心工藝之一，可實(shí)現(xiàn) 0.2%-0.3%的效率提升。從技術(shù)原理上看，TOPCon 的激光硼摻工藝原理與 PERC+SE 基本相同，即通過(guò)實(shí)現(xiàn)局部重?fù)?，提升光電轉(zhuǎn)換效率。但最大差異在于，兩種工藝的擴(kuò)散材料本身存在差異，前者擴(kuò)散硼，而 PERC 電池?cái)U(kuò)散磷。且擴(kuò)硼難度高于擴(kuò)磷難度、更為復(fù)雜。PERC 電池技術(shù)標(biāo)配激光 SE 為一次摻雜，但 TOPCON 電池用的是 N 型硅片襯底，需要硼擴(kuò)散，硼擴(kuò)散速率慢、溫度高，在硅中固溶度低、一次摻雜困難，此前行業(yè)內(nèi)使用二次摻雜方案較多。

二次摻雜工藝主要工序?yàn)榕饠U(kuò)散后首先用激光開槽，將表面BSG硼硅玻璃打穿至摻雜面，然后再進(jìn)行一次硼擴(kuò)形成高低結(jié)重?fù)?。但是硼擴(kuò)溫度極高、能耗較大，同時(shí)第二次硼擴(kuò)也會(huì)額外增加硼擴(kuò)、清洗等設(shè)備投資。

激光 LIA 修復(fù)設(shè)備幫助 HJT 提效降衰

晶體硅異質(zhì)結(jié)太陽(yáng)電池（HeteroJunction with intrinsic Thinlayer solar cell）是在晶體硅上沉積非晶硅薄膜，綜合了晶體硅電池與薄膜電池的優(yōu)勢(shì)，具有轉(zhuǎn)換效率高、工藝溫度低、穩(wěn)定性高、衰減率低、雙面發(fā)電等顯著優(yōu)點(diǎn)。日本三洋公司在 1990 年研發(fā)了 HJT電池，2010 年核心專利過(guò)期后，多家公司開始專注于 HJT 技術(shù)的研發(fā)和產(chǎn)業(yè)化。

圖表35：HJT 電池結(jié)構(gòu)

在光照情況下，對(duì) HJT 電池進(jìn)行加熱退火，可以提高非晶硅的鈍化效果，提高電池轉(zhuǎn)換效率。除此之外，在 HTT 電池上，LIA 技術(shù)同時(shí)能減少電池片的暗衰減，延長(zhǎng)電池組件的使用壽命。

修復(fù)工藝的核心是能否將效率提升穩(wěn)定保持到組件上，主要路徑有 LED 光注入和激光LIA 設(shè)備。激光 LIA 設(shè)備兼具抗衰減和提效雙重功能，且可以有效降低組件端衰減，已成為 HJT 光注入修復(fù)路徑中的重要選項(xiàng)，較傳統(tǒng) LED 工藝具備絕對(duì)優(yōu)勢(shì)。

在 HJT 電池中的應(yīng)用方面，以帝爾激光為例，公司激光修復(fù)技術(shù)通過(guò)激光均勻輻照，整幅面激光輻照均勻性可達(dá) 5%以內(nèi)，滿足 230mm 以下尺寸電池片高光強(qiáng)輻照，提高非晶硅的鈍化效果，提升電池開路電壓，同時(shí)改善銀漿與襯底的接觸，大幅提高填充因子，進(jìn)而提升轉(zhuǎn)換效率。根據(jù)帝爾激光投資者關(guān)系活動(dòng)記錄表，其激光 LIA 設(shè)備曾獲量產(chǎn)訂單，單臺(tái)設(shè)備價(jià)格不低于 300 萬(wàn)元，對(duì)應(yīng)激光 LIA 設(shè)備單 GW 價(jià)值量約 3000 萬(wàn)元。

新型無(wú)接觸激光轉(zhuǎn)印技術(shù)，替代空間廣闊

激光圖形轉(zhuǎn)印技術(shù)(Pattern TransferPrinting，簡(jiǎn)稱：PTP)是一種新型的非接觸式的印刷技術(shù)，該技術(shù)在特定柔性透光材料上涂覆所需漿料，采用高功率激光束高速圖形化掃描，將漿料從柔性透光材料上轉(zhuǎn)移至電池表面，形成柵線。PTP 技術(shù)能夠突破傳統(tǒng)絲網(wǎng)印刷的線寬極限，輕松實(shí)現(xiàn) 25μm 以下的線寬，實(shí)現(xiàn)更優(yōu)的高寬比，幫助電池實(shí)現(xiàn)超細(xì)密柵電池，匹配選擇性發(fā)射極技術(shù)，提升電池轉(zhuǎn)換效率，做到 18um 以下可以漿料節(jié)省 30%，在 PERC 上已經(jīng)得到論證，HJT 電池使用的是低溫銀漿，顆粒度小，轉(zhuǎn)印可以達(dá)到更新的線寬，從而降低銀漿耗量，提升電池效率，TOPCON 工藝是 N 型雙面銀漿，對(duì)銀漿耗量更為敏感，在TOPCon、HJT 等路線上的節(jié)省量會(huì)更高。

絲網(wǎng)印刷過(guò)程中，為保證整個(gè)電池幅面印刷質(zhì)量，全程對(duì)電池表面施加比較大的壓力。PTP 技術(shù)加工過(guò)程中則無(wú)需接觸電池表面。隨著 182mm、210mm 電池尺寸時(shí)代的到來(lái)，印刷面積更大，硅片進(jìn)一步減薄，加工過(guò)程中的壓力降低可以顯著降低電池的破損率，提高生產(chǎn)的良率，進(jìn)而降低生產(chǎn)成本。PTP 印刷技術(shù)在高效太陽(yáng)能電池生產(chǎn)中的應(yīng)用，可以實(shí)現(xiàn)超細(xì)線寬的銀漿印刷，改善印刷質(zhì)量，進(jìn)一步提升高效電池的轉(zhuǎn)換效率，同時(shí)降低銀漿耗量，降低生產(chǎn)成本。同時(shí)，PTP 印刷技術(shù)不局限于電池結(jié)構(gòu)，在 PERC、TOPCon、HJT、IBC 等電池中均有廣泛的應(yīng)用前景，同時(shí)，對(duì)于銀包銅、低溫銀漿等不同的漿料類型也可以使用。