光伏激光設(shè)備行業(yè)專(zhuān)題研究：激光在光伏中的運(yùn)用一、激光技術(shù)助力高端制造，光伏行業(yè)效用凸顯（一）激光加工優(yōu)勢(shì)明顯，應(yīng)用場(chǎng)景日趨廣泛激光是一種純色、準(zhǔn)直、高亮、同向、高能量密度的光子隊(duì)列。激光技術(shù)起源于20世紀(jì)60年代，與原子能、半導(dǎo)體、計(jì)算機(jī)并稱20世紀(jì)新四大發(fā)明，享有“最快的刀”、“最準(zhǔn)的尺”、“最亮的光”等美譽(yù)，廣泛應(yīng)用于材料加工與光刻、通信與光存儲(chǔ)、科研與軍事、儀器與傳感器等領(lǐng)域。激光產(chǎn)生于激光器，激光器由增益介質(zhì)、泵浦源、光學(xué)諧振腔組成。根據(jù)海目星招股說(shuō)明書(shū)，增益介質(zhì)是光子產(chǎn)生的源泉，通過(guò)吸收泵浦源產(chǎn)生的能量，使增益介質(zhì)從基態(tài)躍遷到激發(fā)態(tài)。由于激發(fā)態(tài)為不穩(wěn)定狀態(tài)，此時(shí)，增益介質(zhì)將釋放能量回歸到基態(tài)這一穩(wěn)態(tài)。在此釋能過(guò)程中，增益介質(zhì)產(chǎn)生出光子，且這些光子在能量、波長(zhǎng)、方向上具有高度一致性，它們?cè)诠鈱W(xué)諧振腔中不斷反射，往復(fù)運(yùn)動(dòng)，最終通過(guò)半反射鏡射出激光器，形成激光束。這一形成原理使得激光具有極好的方向性、亮度、單色性和相干性，能做到將光束限制在幾個(gè)毫弧度立體角內(nèi)，使能量高度集中。激光加工技術(shù)優(yōu)勢(shì)明顯，下游應(yīng)用場(chǎng)景廣泛。得益于激光出色的特性，激光加工技術(shù)具備非接觸式加工、熱影響區(qū)小、不受電磁干擾、便于自動(dòng)化控制、幾乎可應(yīng)用于任何材料、精確細(xì)致、一致程度高、高速便捷等明顯優(yōu)勢(shì)。在材料加工與光刻這一主要應(yīng)用領(lǐng)域，激光加工技術(shù)便具備切割、焊接、鉆孔、打標(biāo)、雕刻、熱處理、快速成型、涂覆等多種應(yīng)用方式，下游應(yīng)用場(chǎng)景廣泛，充分助力制造業(yè)向“光制造”

穩(wěn)步邁進(jìn)。（二）光伏主旋律降本增效，激光加工契合行業(yè)發(fā)展需求“531新政”出臺(tái)，降本增效成為光伏行業(yè)主旋律。2018年5月31日，發(fā)改委、財(cái)政部和能源局聯(lián)合發(fā)布《關(guān)于2018年光伏發(fā)電有關(guān)事項(xiàng)的通知》，要求控制需要國(guó)家補(bǔ)貼的普通光伏電站建設(shè)規(guī)模，推動(dòng)光伏發(fā)電補(bǔ)貼退坡。行業(yè)補(bǔ)貼退坡的提前到來(lái)對(duì)光伏組件廠商和光伏電站的競(jìng)爭(zhēng)力提出了更高要求，促使光伏制造企業(yè)產(chǎn)能升級(jí)，加快新技術(shù)的研發(fā)和運(yùn)用，從而提高光伏電池轉(zhuǎn)換效率，降低發(fā)電成本。激光加工契合光伏行業(yè)發(fā)展需求。光伏行業(yè)降本增效的主旋律下，各光伏制造企業(yè)對(duì)制造加工的要求越發(fā)提升，傳統(tǒng)的機(jī)械加工手段在精度、加工效率、可靠性、適用范圍等諸多方面開(kāi)始難以適應(yīng)新的生產(chǎn)要求，而激光加工在以上方面均表現(xiàn)出色、優(yōu)勢(shì)顯著。疊加激光精細(xì)化發(fā)展趨勢(shì)，超快激光不斷迭代升級(jí)，其憑借超短持續(xù)時(shí)間和超強(qiáng)峰值功率，快速開(kāi)拓材料超精細(xì)、低損傷和空間3D加工處理的新領(lǐng)域，適配PERC、TOPCon、HJT等高效電池技術(shù)，與光伏行業(yè)生產(chǎn)需求契合度進(jìn)一步提升。同時(shí)，激光加工的高柔性非常適合自動(dòng)化、智能化生產(chǎn)，兩相結(jié)合下不僅能提高生產(chǎn)質(zhì)量，帶來(lái)光伏電池轉(zhuǎn)換效率的一定提升、更逼近理論極限，而且能減少人工成本、節(jié)約生產(chǎn)空間、優(yōu)化生產(chǎn)布局，促進(jìn)規(guī)?；a(chǎn)下成本降低。受光伏行業(yè)青睞，各工藝環(huán)節(jié)持續(xù)滲透。在PERC時(shí)代，激光設(shè)備已經(jīng)在效率提升和成本節(jié)約上起到重要作用。激光加工技術(shù)目前主要應(yīng)用于消融、切割、刻邊、摻雜、打孔等環(huán)節(jié)，主要的工藝內(nèi)容包括MWT激光打孔，SE激光摻雜、激光擴(kuò)硼，PERC激光消融，LID/R激光修復(fù)以及激光劃片/裂片等重要作用。二、專(zhuān)用激光加工技術(shù)：PERC時(shí)代充分應(yīng)用，新技術(shù)路徑有望延續(xù)（一）PERC仍為行業(yè)絕對(duì)主力，N型新技術(shù)引領(lǐng)未來(lái)理論上，發(fā)電量=年平均太陽(yáng)輻射總量x電池總面積x光電轉(zhuǎn)換效率，假定太陽(yáng)輻射保持不變，光電轉(zhuǎn)換效率的提升將帶來(lái)需求電池面積的下降，促進(jìn)降本增效。目前PERC電池憑借成熟技術(shù)和較低成本，成為行業(yè)絕對(duì)主力，市場(chǎng)占比高達(dá)91.2%，2021年新建量產(chǎn)產(chǎn)線也以其為主。但是，PERC電池轉(zhuǎn)換效率（目前23%左右）正逐漸逼近24%的理論極限，未來(lái)提升空間有限。而以TOPCon、IBC、HJT為代表的N型電池轉(zhuǎn)換效率更高，目前量產(chǎn)轉(zhuǎn)換效率在24.0-24.5%左右，理論極限分別可達(dá)28.5%/28.7%。隨著未來(lái)生產(chǎn)上量和工藝突破，成本下行下有望逐步取代PERC電池成為行業(yè)下一代主流技術(shù)。（二）PERC：激光開(kāi)槽設(shè)備居核心地位，可疊加SE摻雜等多項(xiàng)技術(shù)PERC相比常規(guī)光伏電池主要在背面進(jìn)行工藝改進(jìn)。PERC電池全稱為鈍化發(fā)射極和背面電池，其電池結(jié)構(gòu)從常規(guī)鋁背場(chǎng)電池BSF改進(jìn)而來(lái)。根據(jù)《PERC電池專(zhuān)刊》，常規(guī)BSF電池由于背表面金屬鋁膜層中的復(fù)合速度無(wú)法降至200cm/s以下，導(dǎo)致到達(dá)鋁背層的紅外輻射光只有60-70%能被反射回去，極大程度限制了轉(zhuǎn)換效率提升。PERC通過(guò)在電池背面附上介質(zhì)鈍化層，阻止載流子在如電池表面與金屬電極的接觸處等一些高復(fù)合區(qū)域的復(fù)合行為，實(shí)現(xiàn)電損失減少；同時(shí)可以增強(qiáng)電池下表面光反射，減少光損失，從而帶來(lái)約1pct的轉(zhuǎn)換效率提升。此外，SE摻雜、MWT、LID/R等多項(xiàng)技術(shù)可疊加運(yùn)用于PERC電池，進(jìn)一步提升其光電轉(zhuǎn)換效率。激光開(kāi)槽：PERC生產(chǎn)核心技術(shù)，對(duì)應(yīng)激光開(kāi)槽設(shè)備PERC電池生產(chǎn)工藝主要新增沉積背面鈍化層、開(kāi)槽形成背面接觸兩項(xiàng)。PERC電池與BSF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，其余較為相似。因此PERC電池生產(chǎn)上和常規(guī)生產(chǎn)流程同質(zhì)性高、較容易實(shí)施，主要需要在邊緣隔離工序稍作優(yōu)化，并新增沉積背面鈍化層、開(kāi)槽形成背面接觸兩項(xiàng)工序。沉積背面鈍化層工序段需新增如PECVD、ALD等背面鈍化處理設(shè)備，而開(kāi)槽形成背面接觸工序段需新增開(kāi)槽設(shè)備。激光開(kāi)槽為最優(yōu)解決方案，化解PERC生產(chǎn)技術(shù)難點(diǎn)。根據(jù)帝爾激光招股說(shuō)明書(shū)，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PERC生產(chǎn)主要技術(shù)難點(diǎn)。加工過(guò)程中，需要保證對(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)導(dǎo)致電池轉(zhuǎn)換效率受損。目前產(chǎn)業(yè)內(nèi)主要有光刻、噴墨打印、激光開(kāi)槽三種解決方案。其中，光刻多用于實(shí)驗(yàn)室制備，但其工藝復(fù)雜、成本偏高、污染嚴(yán)重的特點(diǎn)限制了大規(guī)模產(chǎn)業(yè)化應(yīng)用的可能；噴墨打印技術(shù)需要先制備掩膜再腐蝕掉介質(zhì)層，合計(jì)三個(gè)工藝步驟，亦較為復(fù)雜。而激光開(kāi)槽采用高峰值功率激光燒蝕介質(zhì)層，僅需一步就能形成背面電極和硅片的接觸窗口，大大降低了生產(chǎn)工藝的復(fù)雜性和成本，為最優(yōu)解決方案。同時(shí)，隨著硅片厚度不斷減薄，激光開(kāi)槽具備的非接觸式加工、精度良率高、加工速度快等特點(diǎn)在規(guī)?；a(chǎn)中優(yōu)勢(shì)越發(fā)明顯。對(duì)應(yīng)激光開(kāi)槽設(shè)備，行業(yè)應(yīng)用廣泛。憑借顯著的技術(shù)優(yōu)勢(shì)，激光開(kāi)槽設(shè)備在光伏行業(yè)內(nèi)大范圍普及，設(shè)備非常成熟，基本為PERC產(chǎn)線標(biāo)準(zhǔn)配置。SE激光摻雜：PERC標(biāo)配工藝，助推轉(zhuǎn)換效率提升熱擴(kuò)散制備P-N結(jié)面臨在減少載流子復(fù)合和實(shí)現(xiàn)良好歐姆接觸間如何選擇的矛盾。光伏電池發(fā)電本質(zhì)在于形成P-N結(jié)，為進(jìn)行制備首先需要對(duì)硅片表面進(jìn)行磷或硼摻雜，對(duì)應(yīng)形成N+/P+發(fā)射極后，和基底硅片共同形成電池P-N結(jié)。目前主流生產(chǎn)工藝為熱擴(kuò)散法，對(duì)應(yīng)擴(kuò)散爐設(shè)備。但是，由于擴(kuò)散爐擴(kuò)散的N+（擴(kuò)磷）或P+（擴(kuò)硼）發(fā)射極為均勻摻雜，只能在輕、重兩種程度中二選一。若選擇輕摻雜，可以減小少數(shù)載流子復(fù)合，提升短路電流，但會(huì)增大發(fā)射極和柵線電極的接觸電阻。若選擇重?fù)诫s，可以減少發(fā)射極和柵線電極的接觸電阻，但會(huì)增加少數(shù)載流子復(fù)合，也會(huì)影響效率。SE摻雜技術(shù)可有效解決輕重?fù)诫s選擇矛盾。SE摻雜全稱為發(fā)射極選擇性摻雜，通過(guò)在光伏電池電極柵線與硅片接觸部位區(qū)域進(jìn)行高濃度磷摻雜，從而降低電極和硅片之間的接觸電阻；并在電極以外區(qū)域進(jìn)行低濃度淺摻雜，降低表面復(fù)合速率，從而有效實(shí)現(xiàn)電池的開(kāi)壓、電流和填充因子改善。SE摻雜技術(shù)兼顧輕重?fù)诫s兩者的優(yōu)點(diǎn)，有效提高了光電轉(zhuǎn)換效率。產(chǎn)業(yè)內(nèi)實(shí)現(xiàn)SE摻雜主要有兩步擴(kuò)散法、光刻掩膜法、絲網(wǎng)印刷電極和激光摻雜法這四種解決方案。兩步擴(kuò)散法：先對(duì)整個(gè)發(fā)射區(qū)輕擴(kuò)散，再對(duì)電極區(qū)重?cái)U(kuò)散，新增較多工藝步驟和設(shè)備，經(jīng)濟(jì)性較差