激光工藝在光伏產(chǎn)業(yè)鏈中的廣泛應(yīng)用

新型電池片時(shí)代來臨，TOPCon、HJT、XBC等效率潛力更大的新型電池新技術(shù)紛紛涌現(xiàn)。激光是光伏電池實(shí)現(xiàn)降本增效的有效技術(shù)，在刻蝕、開槽、摻雜、修復(fù)以及金屬化等領(lǐng)域均體現(xiàn)出相較于傳統(tǒng)技術(shù)的明顯優(yōu)勢(shì)，激光技術(shù)在各類電池技術(shù)中都有廣闊的發(fā)展空間。

激光工藝在PERC技術(shù)的應(yīng)用

激光技術(shù)在PERC電池端的應(yīng)用主要包括激光摻雜（SE）、激光消融、激光劃片等，激光消融和激光摻雜已經(jīng)成為標(biāo)配性技術(shù)。此外，激光在光伏電池端還有部分小眾型應(yīng)用，如激光MWT打孔、LID/R修復(fù)等，具體來看：

激光摻雜設(shè)備：SE（Selective emitter）為選擇性發(fā)射極，在前道擴(kuò)散工序產(chǎn)生的磷硅玻璃層的基礎(chǔ)上，利用激光的可選擇性加熱特性，在電極柵線與硅片接觸部位進(jìn)行高濃度磷摻雜，形成n++重?fù)诫s區(qū)。激光摻雜可提高電極接觸區(qū)域的摻雜濃度，降低接觸電阻。

激光消融設(shè)備：利用激光對(duì)鈍化膜精密刻蝕，實(shí)現(xiàn)微納級(jí)高精度的局部接觸。該工藝為PERC技術(shù)增強(qiáng)鈍化的核心工藝之一，同時(shí)要求激光加工具有精確的能量分布、作用時(shí)間控制以及脈沖穩(wěn)定性。PERC技術(shù)可使單晶電池光電的轉(zhuǎn)換效率從20.3%提升至21.5%。

其他設(shè)備：

1）MWT打孔設(shè)備：應(yīng)用金屬穿孔卷繞技術(shù)進(jìn)行激光打孔，將電池正面電極搜集的電流通過孔洞中的銀漿引導(dǎo)背面，而消除正面電極的主柵線，從而減少正面柵線的遮光。由于MWT電池較為小眾，該設(shè)備僅在日托光伏等企業(yè)有少量應(yīng)用。

2）LID/R修復(fù)設(shè)備：采用超高功率激光照射電池片，減少載流子復(fù)合損失，從而降低光致衰減現(xiàn)象。通常而言，降低光致衰減的主流方法為熱處理、鹵素?zé)粽丈涞?，均可與燒結(jié)工序結(jié)合完成，因此目前激光修復(fù)在P型電池應(yīng)用較少。

3）激光劃片設(shè)備：用于組件端半片/疊瓦電池的切割，存在熱激光切割和無損激光切割等工藝。

激光設(shè)備在PERC電池/組件制造中的應(yīng)用

激光在N型電池中的應(yīng)用

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光伏激光設(shè)備市場(chǎng)空間快速擴(kuò)容。

激光在N型電池片中的應(yīng)用

TOPCon：激光摻雜提升效率，有望成為標(biāo)配工藝

TOPCon全稱Tunnel Oxide Passivated Contact，即隧穿氧化層鈍化接觸太陽(yáng)能電池結(jié)構(gòu)。2013年德國(guó)Fraunhofer太陽(yáng)能研究所首次提出TOPCon電池結(jié)構(gòu)，使用磷摻雜的硅薄膜實(shí)現(xiàn)電子選擇性接觸，并在其與晶體硅之間制備一層小于2nm的隧穿氧化層，形成電子選擇性鈍化接觸。其隧穿原理是使得多數(shù)載流子可以隧穿氧化層，對(duì)少數(shù)載流子起阻擋作用，實(shí)現(xiàn)了載流子選擇性通過，降低少數(shù)載流子的復(fù)合速率，即規(guī)避了金屬電極接觸高復(fù)合風(fēng)險(xiǎn)，因而TOPCon電池具有較高的開路電壓。

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+SE電池結(jié)構(gòu)

HJT：激光修復(fù)可穩(wěn)定保持效率增益

異質(zhì)結(jié)（HJT）是一種特殊的PN結(jié)，由非晶硅和晶體硅材料形成，是在晶體硅上沉積非晶硅薄膜，屬于N型電池中的一種。HJT（Heterojunction）電池最早由日本三洋公司于1990年成功開發(fā)制備方法。激光在HJT電池中的應(yīng)用包括激光修復(fù)LIR和激光轉(zhuǎn)印。

IBC：激光開槽有效解決IBC電池制備難題

IBC電池可與HJT、TOPCon、鈣鈦礦等多種電池疊加，效率提升潛力大。IBC電池可與多種不同電池技術(shù)疊加，形成不同工藝路線，包括：

1）以SunPower為代表的經(jīng)典IBC電池工藝；

2）以ISFH為代表的POLO-IBC電池工藝，由于POLO-IBC工藝復(fù)雜，業(yè)內(nèi)更看好低成本的同源技術(shù)TBC電池工藝（TOPCon-IBC）；

3）以Kaneka為代表的HBC電池工藝（IBC-HJT）；

4）與鈣鈦礦疊加形成PSC IBC疊層電池工藝。

IBC電池的PN結(jié)及電極均位于背面，結(jié)構(gòu)優(yōu)化效率優(yōu)勢(shì)明顯。IBC（Interdigitated back contact）電池，即背接觸型太陽(yáng)能電池，將P/N結(jié)、基底與發(fā)射區(qū)的接觸電極以交叉指形狀做在電池背面。IBC電池的結(jié)構(gòu)性優(yōu)勢(shì)有：①正面遮光面積為零；②正面沒有柵線，沒有接觸復(fù)合和絨面結(jié)構(gòu)大小的限制，表面陷光效應(yīng)和鈍化效果可以達(dá)到最優(yōu)化；③增加電池在組件中的排列密度。因此，IBC從結(jié)構(gòu)上打破傳統(tǒng)晶硅電池的結(jié)構(gòu)限制，為提高電池效率提供較大空間。

IBC電池結(jié)構(gòu)

目前激光開槽技術(shù)在IBC電池上的應(yīng)用主要為①刻蝕掩膜、制備PN區(qū)交叉指結(jié)構(gòu)；②PN區(qū)隔離；③鈍化膜開槽。

激光開槽工藝可以低成本地制備PN區(qū)結(jié)構(gòu)。IBC電池工藝的關(guān)鍵問題在于制備呈叉指狀間隔排列的P區(qū)和N區(qū)、制備更好的表面鈍化層和金屬化。對(duì)應(yīng)的是目前IBC的劣勢(shì)，如需要多步打掩膜的步驟，制程更加復(fù)雜；PN電極之間有漏電風(fēng)險(xiǎn)。通過激光刻蝕，可以繞過掩膜，更低成本地制備PN區(qū)；更靈活準(zhǔn)確地去除鈍化膜形成金屬化的接觸區(qū)。

激光開槽也可以應(yīng)用于IBC電池PN區(qū)分離。為防止短路，XBC電池背面的P區(qū)和N區(qū)之間往往需要隔離，PN區(qū)隔離有多種方式，可以利用未進(jìn)行摻雜的非晶硅避免P型摻雜區(qū)和N型摻雜區(qū)直接相通，也可以在P型摻雜區(qū)和N型摻雜區(qū)進(jìn)行激光開槽進(jìn)行隔離。

IBC電池PN區(qū)分離

此外，激光開槽也可以應(yīng)用于IBC、TBC等電池鈍化膜形成后、金屬化開始前的接觸結(jié)構(gòu)刻蝕環(huán)節(jié)。激光開槽鈍化膜的目的是，在N型單晶硅片背面的鈍化層上進(jìn)行激光開窗，并將電極從N區(qū)和P區(qū)上引出來，進(jìn)行金屬化。背鈍化電池中的背鈍化膜層一般由氧化鋁和氮化硅、氧化鋁和氧化硅或摻雜多晶硅和氧化硅組成，一般的氧化鋁厚度為5?20nm，氮化硅厚度范圍為70?220nm，常見的氧化鋁厚度在10nm，氮化硅厚度在70?100nm時(shí)，背鈍化膜呈淡藍(lán)色，為進(jìn)一步改善表面鈍化效果，部分廠家增加拋光工藝，使得背鈍化膜對(duì)可見光波段的光反射率高于其它波段。

激光開槽可以同時(shí)保證較低的接觸電阻、較高的電池效率與較好的鈍化效果。由于通過激光消融方式開槽，漿料可以利用低溫?zé)Y(jié)即可實(shí)現(xiàn)柵線與P型/N型摻雜多晶硅良好的歐姆接觸，在保證較低接觸電阻的同時(shí)，減少柵線區(qū)域的金屬誘導(dǎo)復(fù)合，提高電池效率，且避免了高溫?zé)Y(jié)漿料對(duì)P型/N型摻雜多晶硅具有破壞性而導(dǎo)致柵線區(qū)域金屬誘導(dǎo)復(fù)合隨溫度升高而降低電池效率的問題；同時(shí)，也避免高溫?zé)Y(jié)漿料對(duì)隧穿氧化層產(chǎn)生破壞，確保電池的鈍化效果。

激光轉(zhuǎn)?。和ㄓ眯徒饘倩夹g(shù)，降本顯著空間廣

激光轉(zhuǎn)印是一種新型的無接觸式金屬化技術(shù)，適用于PERC、TOPCON、HJT、IBC等所有類型電池片。電極金屬化用于制備太陽(yáng)能電池的電極，是光伏電池制造的必備工序。電極金屬化有較多實(shí)現(xiàn)方式，目前的主流方法為接觸式的絲網(wǎng)印刷，目前行業(yè)也在積極探索激光轉(zhuǎn)印、電鍍銅等新型金屬化方式的產(chǎn)業(yè)化，助力光伏電池片進(jìn)一步降本增效。

激光轉(zhuǎn)印原理圖

激光轉(zhuǎn)印相比絲網(wǎng)印刷優(yōu)勢(shì)顯著，有望成為主流技術(shù)之一。相比于傳統(tǒng)的絲網(wǎng)印刷，激光轉(zhuǎn)印主要的優(yōu)勢(shì)在于：

1）激光轉(zhuǎn)印的柵線更細(xì)，現(xiàn)在可以做到18微米以下，漿料節(jié)省30%，在PERC上已經(jīng)得到論證，在TOPCon、HJT等路線上的節(jié)省量會(huì)更高；

2）印刷高度一致性、均勻性優(yōu)良，誤差在2μm，低溫銀漿也同樣適用；

3) 可以改變?nèi)嵝阅さ牟坌?，根?jù)不同的電池結(jié)構(gòu)，來實(shí)現(xiàn)即定的柵線形狀，改善電性能；

4）激光轉(zhuǎn)印為非接觸式印刷，可以避免擠壓式印刷存在的隱裂、破片、污染、劃傷等問題。同時(shí)，未來硅片薄片化趨勢(shì)，薄片化會(huì)帶來更多隱裂問題，激光轉(zhuǎn)印由于非接觸式印刷，可以有效解決這個(gè)問題。

激光轉(zhuǎn)印VS絲網(wǎng)印刷

激光轉(zhuǎn)印具備通用性，未來產(chǎn)業(yè)化空間廣闊。激光轉(zhuǎn)印是一種通用型技術(shù)，對(duì)于電池片技術(shù)和漿料類型沒有選擇性，在PERC/TOPCon/HJT/IBC等所有光伏電池片的金屬化環(huán)節(jié)均可以使用，同時(shí)也適用于高溫銀漿、低溫銀漿、銀包銅等所有漿料類型。由于TOPCon和HJT等N型電池均為雙面銀漿，且HJT所用的低溫銀漿粘稠度高、耗銀量更大，因此電池片銀漿成本目前遠(yuǎn)高于PERC電池，采用激光轉(zhuǎn)印能夠有效降低N型電池銀漿成本，加速N型電池產(chǎn)業(yè)化進(jìn)程。

激光技術(shù)在組件端的應(yīng)用：薄膜打孔、無損劃片

激光薄膜打孔：用于雙面玻璃打孔。雙玻組件的蓋板和背板都需要使用光伏玻璃，而背板光伏玻璃需要在特定位置打孔才能把光伏電池組件的電流導(dǎo)線引出到接線盒，因此光伏玻璃背板打孔是組件加工中必不可少的一道工序。目前雙玻組件的背板玻璃鉆孔有機(jī)械法和激光法兩種技術(shù)，相比于傳統(tǒng)機(jī)械法，激光法具有以下優(yōu)勢(shì)：

1）激光法前期固定投資高，但是后期維護(hù)成本低，這是由于機(jī)械法需要更換易耗品玻璃鉆頭、并且需要冷卻水噴淋和收集；

2）激光鉆孔可以自由切換圓孔、方孔、異形孔等孔型和孔徑需求；

3）加工量率高，根據(jù)大族激光，2.5mm厚度玻璃加工良率方面，激光法鉆孔高于機(jī)械鉆孔5%左右，未來隨著光伏玻璃輕薄化趨勢(shì)，激光加工良率優(yōu)勢(shì)將更加顯著；

4）加工精度高、加工品質(zhì)好，孔內(nèi)壁無粉塵殘留、損傷低。

激光無損切割：替代傳統(tǒng)有損工藝，無微裂紋、熱損傷低，組件效率損失降低0.05，兼容PERC/TOPCon /HJT等各種主流電池片。常規(guī)半片/疊瓦電池的切片采用激光熱切割，即通過聚焦的激光光斑在電池片上形成熔融溝槽，再外部施加掰斷力，這種方法容易帶來切割斷面的微裂紋和電池表面較大的熱影響區(qū)，對(duì)于薄片化的HJT電池可能帶來更大效率損失。無損切割技術(shù)可以采用分離式激光照射或旁軸照射光路，誘導(dǎo)電池片產(chǎn)生裂紋并延伸裂開，可降低隱裂，預(yù)計(jì)可降低組件端的效率損失0.05，同時(shí)對(duì)于生產(chǎn)良率的提升亦有幫助。

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審核編輯 黃昊宇