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

激光工藝在PERC技術的應用

       激光技術在PERC電池端的應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)成為標配性技術。此外，激光在光伏電池端還有部分小眾型應用，如激光MWT打孔、LID/R修復等，具體來看：

激光摻雜設備：

       SE（Selective emitter）為選擇性發(fā)射極，在前道擴散工序產(chǎn)生的磷硅玻璃層的基礎上，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行高濃度磷摻雜，形成n++重摻雜區(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。

激光消融設備：

       利用激光對鈍化膜精密刻蝕，實現(xiàn)微納級高精度的局部接觸。該工藝為PERC技術增強鈍化的核心工藝之一，同時要求激光加工具有精確的能量分布、作用時間控制以及脈沖穩(wěn)定性。PERC技術可使單晶電池光電的轉(zhuǎn)換效率從20.3%提升至21.5%。

其他設備：

1）MWT打孔設備：

       應用金屬穿孔卷繞技術進行激光打孔，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，該設備僅在日托光伏等企業(yè)有少量應用。

2）LID/R修復設備：

       采用超高功率激光照射電池片，減少載流子復合損失，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、鹵素燈照射等，均可與燒結工序結合完成，因此目前激光修復在P型電池應用較少。

3）激光劃片設備：

       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。

激光設備在PERC電池/組件制造中的應用

激光在N型電池中的應用

       激光在N型電池中的應用包括激光摻雜、激光修復、激光刻蝕、激光轉(zhuǎn)印等，價值量較PERC時代有望成倍增長，因此N型電池放量也將帶來光伏激光設備市場空間快速擴容。

激光在N型電池片中的應用

TOPCon：激光摻雜提升效率，有望成為標配工藝

        TOPCon全稱Tunnel Oxide Passivated Contact，即隧穿氧化層鈍化接觸太陽能電池結構。2013年德國Fraunhofer太陽能研究所首次提出TOPCon電池結構，使用磷摻雜的硅薄膜實現(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，對少數(shù)載流子起阻擋作用，實現(xiàn)了載流子選擇性通過，降低少數(shù)載流子的復合速率，即規(guī)避了金屬電極接觸高復合風險，因而TOPCon電池具有較高的開路電壓。在TOPCon電池生產(chǎn)流程中，激光技術可以用于選擇性重摻（SE工藝）及激光轉(zhuǎn)印等環(huán)節(jié)。

TOPCon+SE電池結構

HJT：激光修復可穩(wěn)定保持效率增益

       異質(zhì)結（HJT）是一種特殊的PN結，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電池中的應用包括激光修復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工藝復雜，業(yè)內(nèi)更看好低成本的同源技術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結及電極均位于背面，結構優(yōu)化效率優(yōu)勢明顯。IBC（Interdigitated back contact）電池，即背接觸型太陽能電池，將P/N結、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電池的結構性優(yōu)勢有：①正面遮光面積為零；②正面沒有柵線，沒有接觸復合和絨面結構大小的限制，表面陷光效應和鈍化效果可以達到最優(yōu)化；③增加電池在組件中的排列密度。因此，IBC從結構上打破傳統(tǒng)晶硅電池的結構限制，為提高電池效率提供較大空間。

IBC電池結構

       目前激光開槽技術在IBC電池上的應用主要為①刻蝕掩膜、制備PN區(qū)交叉指結構；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)結構。IBC電池工藝的關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。對應的是目前IBC的劣勢，如需要多步打掩膜的步驟，制程更加復雜；PN電極之間有漏電風險。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)進行激光開槽進行隔離。

IBC電池PN區(qū)分離

      此外，激光開槽也可以應用于IBC、TBC等電池鈍化膜形成后、金屬化開始前的接觸結構刻蝕環(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行激光開窗，并將電極從N區(qū)和P區(qū)上引出來，進行金屬化。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520nm，氮化硅厚度范圍為70220nm，常見的氧化鋁厚度在10nm，氮化硅厚度在70100nm時，背鈍化膜呈淡藍色，為進一步改善表面鈍化效果，部分廠家增加拋光工藝，使得背鈍化膜對可見光波段的光反射率高于其它波段。激光開槽可以同時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，漿料可以利用低溫燒結即可實現(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，減少柵線區(qū)域的金屬誘導復合，提高電池效率，且避免了高溫燒結漿料對P型/N型摻雜多晶硅具有破壞性而導致柵線區(qū)域金屬誘導復合隨溫度升高而降低電池效率的問題；同時，也避免高溫燒結漿料對隧穿氧化層產(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，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，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)勢顯著，有望成為主流技術之一。相比于傳統(tǒng)的絲網(wǎng)印刷，激光轉(zhuǎn)印主要的優(yōu)勢在于：1）激光轉(zhuǎn)印的柵線更細，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)不同的電池結構，來實現(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，未來硅片薄片化趨勢，薄片化會帶來更多隱裂問題，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，對于電池片技術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)化進程。

激光技術在組件端的應用：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械法和激光法兩種技術，相比于傳統(tǒng)機械法，激光法具有以下優(yōu)勢：1）激光法前期固定投資高，但是后期維護成本低，這是由于機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，激光法鉆孔高于機械鉆孔5%左右，未來隨著光伏玻璃輕薄化趨勢，激光加工良率優(yōu)勢將更加顯著；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)，對于薄片化的HJT電池可能帶來更大效率損失。無損切割技術可以采用分離式激光照射或旁軸照射光路，誘導電池片產(chǎn)生裂紋并延伸裂開，可降低隱裂，預計可降低組件端的效率損失0.05，同時對于生產(chǎn)良率的提升亦有幫助。

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