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光伏產(chǎn)業(yè)的發(fā)展經(jīng)過轉(zhuǎn)折，如今，在政策推動下整體呈向好趨勢。2020年4月，《關(guān)于做好可再生能源發(fā)展“十四五”規(guī)劃編制工作有關(guān)事項的通知》中提到，力爭在2030年達到非化石能源消費占比20%的戰(zhàn)略目標?！笆奈濉币?guī)劃提出2030年“碳達峰”，2060年“碳中和”。而在日前，國家能源局下發(fā)了一則通知，提出開展整縣（市、區(qū)）推進屋頂分布式光伏建設(shè)。

要實現(xiàn)“碳中和”，光伏產(chǎn)業(yè)的發(fā)展將發(fā)揮巨大作用。

在光伏產(chǎn)業(yè)的發(fā)展中，激光技術(shù)應(yīng)用眾多。作為一種高效精確加工方式，激光加工以精確的圖案化局部加工和快速切割能力，成為提升光伏產(chǎn)品轉(zhuǎn)換效率的重要方式。激光加工技術(shù)在太陽能電池生產(chǎn)中主要用于消融、切割、刻邊、摻雜、打孔等工藝。

來源：pixabay

激光加工太陽能電池

太陽能電池是通過光電反應(yīng)將光能轉(zhuǎn)換成電能的能量轉(zhuǎn)換器，太陽能電池轉(zhuǎn)換效率是降低光伏成本的重要因素。在太陽能電池生產(chǎn)中，激光加工技術(shù)主要應(yīng)用于PERC、SE、MWT等電池片工藝，以提高光電轉(zhuǎn)換效率。自PERC+SE工藝和激光劃片工藝普及以來，極大地推動了光伏產(chǎn)業(yè)技術(shù)進步。

圖 激光加工工藝在太陽能電池不同環(huán)節(jié)的應(yīng)用情況

來源：帝爾激光招股書

提升太陽能電池光電轉(zhuǎn)化效率的關(guān)鍵在于控制光學(xué)損失和電學(xué)損失，目前，具備產(chǎn)業(yè)化基礎(chǔ)的提升太陽能電池光電轉(zhuǎn)換效率的方式包括PERC、SE、MWT等，根據(jù)中國光伏行業(yè)協(xié)會統(tǒng)計，技術(shù)水平下的效率提升效果如下（數(shù)據(jù)來源于帝爾激光2019招股說明書）。

就在近期，通威集團旗下的通威太陽能利用PERC量產(chǎn)設(shè)備，通過電池制程工藝創(chuàng)新，M6大尺寸全面積（Area=274.50cm）電池轉(zhuǎn)化效率可達23.47%，經(jīng)ISO/IEC 17025第三方國際權(quán)威機構(gòu)認證，創(chuàng)造了M6大尺寸全面積產(chǎn)業(yè)化PERC電池效率的世界紀錄。

PERC激光消融工藝

PERC高效太陽能電池是通過在電池背面增加鈍化層，一方面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；另一方面同時可以增強電池下表面光反射，減少光損失，從而提高電池的轉(zhuǎn)換效率，提高電池的性能。

早期實驗室的濕法刻蝕工藝，產(chǎn)業(yè)化難度和成本高。此外，采用激光也要求激光加工能夠定位最優(yōu)化的能量密度分布，精確控制作用時間，并保證每個脈沖嚴格一致。只有特制的激光器和光路控制，配合長期積累的工藝經(jīng)驗，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，同時也是高效太陽能電池實現(xiàn)產(chǎn)業(yè)化的保證。

圖 標準光伏電池與PERC光伏電池 來源：ISFH

在PERC技術(shù)中，難點之一是背面電極透過鈍化層實現(xiàn)微納級高精度的局部接觸。加工過程中，在對鈍化膜精密刻蝕的同時，不能損傷到硅襯底材料，否則會影響電池片最終轉(zhuǎn)化效率。

相對于傳統(tǒng)工藝的太陽能電池制造，PERC高效太陽能電池制造只需要增加氧化鋁鍍膜設(shè)備、激光加工設(shè)備及其它少量輔助設(shè)備即可完成生產(chǎn)線的升級和改造，可以兼容現(xiàn)有生產(chǎn)線，有利于以相對較低的成本提升電池技術(shù)參數(shù)和生產(chǎn)效率，對太陽能電池制造企業(yè)具有很強的吸引力。

SE摻雜工藝

SE電池（選擇性擴散電池）是通過在晶硅太陽能電池電極柵線與硅片接觸部位區(qū)域進行高濃度磷摻雜，從而降低電極和硅片之間的接觸電阻；電極以外區(qū)域進行低濃度淺摻雜，降低表面復(fù)合速率，從而有效實現(xiàn)電池的開壓、電流和填充因子的改善，提高光電轉(zhuǎn)換效率。

SE電池制備的主要工藝方法包括絲網(wǎng)印刷摻雜源高溫擴散法，離子注入法和激光摻雜法等。激光摻雜具有提效明顯、工藝流程簡單、投入成本低、設(shè)備緊湊、占地面積小、無污染，與傳統(tǒng)太陽能電池生產(chǎn)線相兼容性強等特點，因而逐漸成為了行業(yè)主流的選擇性發(fā)射極制備方式。

MWT工藝

MWT（金屬穿孔卷繞技術(shù)），用以制備背接觸MWT電池，該技術(shù)采用激光打孔、背面布線的技術(shù)消除正面電極的主柵線，正面電極細柵線搜集的電流通過孔洞中的銀漿引到背面，這樣電池的正負電極點都分布在電池片的背面，有效減少了正面柵線的遮光，提高了光電轉(zhuǎn)化效率，同時降低了銀漿的耗量和金屬電極-發(fā)射極界面的載流子復(fù)合損失。

圖 P型硅MWT電池結(jié)構(gòu)示意圖

來源：帝爾激光招股書

和常規(guī)組件相比，MWT電池制造省去了復(fù)雜的高溫焊接過程，更容易實現(xiàn)自動化和更高產(chǎn)能，降低破片率。

MWT電池制造中在硅片、銅箔和封裝材料中做精準打孔是重要步驟。低功率、短波長的激光器打孔的質(zhì)量好、熱損傷小，但速度慢、成本高，不適合規(guī)?；a(chǎn)；高功率、長波長的激光器打孔速度最快，但熱損傷大，容易產(chǎn)生隱裂，影響產(chǎn)品質(zhì)量。選擇穩(wěn)定性最佳的激光器，性價比最佳的波長，調(diào)整合適的功率、頻率和脈寬、光束質(zhì)量等參數(shù)是做好MWT電池的基礎(chǔ)。

圖 P型硅基MWT電池基本工藝流程

LID/R工藝

該工藝通過超高功率光照射電池片，產(chǎn)生大量光生載流子來改變體內(nèi)氫的價態(tài)，快速實現(xiàn)硼氧結(jié)構(gòu)由高活性的復(fù)合體轉(zhuǎn)變?yōu)榈突钚缘脑偕鷳B(tài)，以達到降低光致衰減目的。激光因高光強、方向性好、能量轉(zhuǎn)換效率高等特性，在LID/R技術(shù)工藝中有較好的應(yīng)用效果。利用激光在太陽能電池上實現(xiàn)LID/R從實驗室到量產(chǎn)階段需有快速精準的激光自動化溫控系統(tǒng)及商業(yè)電池面積尺寸的均勻光照能量覆蓋，其實現(xiàn)難度較大。

劃片/裂片工藝

組件技術(shù)是未來效率提升的重要發(fā)展方向，半片、疊瓦、拼片等組件技術(shù)相繼亮相并發(fā)展。

半片組件是指將電池對切后串聯(lián)起來的技術(shù)，因電池片面積減小一半，電流降為原來1/2，串聯(lián)電阻引起的內(nèi)部損耗降低為整片電池的1/4，進而提升組件功率。因高效太陽能電池的輸出電流更高，組件封裝損耗大于常規(guī)電池，將半片技術(shù)應(yīng)用于高效太陽能電池后增益效果也更加明顯。

疊瓦組件是指將太陽能電池在優(yōu)化柵線設(shè)計后切成多個小片，然后將每小片以類似導(dǎo)電膠的方式疊加串聯(lián)，通過串并聯(lián)的方式做成組件，令電池間的縫隙降到最低，因此在同樣的單位面積中可以鋪設(shè)更多電池，增加組件輸出功率。

利用激光可以實現(xiàn)電池片半片或多片的自動切割、裂片。為了將切片前后電池性能損失降到最小，半片的切片工藝對于激光切割方向、深度、熱影響區(qū)、切割面形貌等有嚴格要求。相較而言，疊瓦的加工工藝難度更高，需在半片工藝的基礎(chǔ)上大幅提高對激光圖形重復(fù)和定位精度的要求。

布局光伏激光設(shè)備企業(yè)

帝爾激光

帝爾激光是成立于2008年4月25日，主營業(yè)務(wù)為精密激光加工解決方案的設(shè)計及其配套設(shè)備的研發(fā)、生產(chǎn)和銷售，主營產(chǎn)品為應(yīng)用于光伏領(lǐng)域的精密激光加工設(shè)備?，F(xiàn)已成為光伏領(lǐng)域精密激光加工設(shè)備龍頭，具備強勢的市場競爭地位和過硬的產(chǎn)品競爭力。除武漢總部外，公司分別在無錫、以色列特拉維夫設(shè)立全資子公司。2020年，帝爾激光入選工信部等國家六部委“智能光伏試點示范企業(yè)”。

帝爾激光的主要產(chǎn)品包括PERC激光消融設(shè)備、SE激光摻雜設(shè)備、MWT系列激光設(shè)備、全自動高速激光劃片/裂片機、LID/R激光修復(fù)設(shè)備、激光擴硼設(shè)備等激光設(shè)備。同時，已成功將激光加工技術(shù)應(yīng)用到PERC、MWT、TOPCON、IBC、HJT等新型高效太陽能電池及組件技術(shù)。2020年，在國內(nèi)主要光伏電池廠商的PERC工藝產(chǎn)線上，公司的PERC激光消融和SE摻雜設(shè)備延續(xù)以前年度較高的市占率。

公司針對不同的電池工藝均有開展研發(fā)，繼續(xù)加深P型PERC電池工藝的研發(fā)，包括PERC+工藝等，也對Topcon、HJT等N型電池工藝進行相應(yīng)的技術(shù)研究，同時積極跟進市場降本增效動向，加強太陽能電池激光LID/R（激光修復(fù)）技術(shù)、激光轉(zhuǎn)移印刷技術(shù)、無損劃片技術(shù)的研發(fā)，以及激光在電池片生產(chǎn)環(huán)節(jié)的其他應(yīng)用，進一步拓展了公司技術(shù)儲備。

2020年12月，帝爾激光發(fā)布公告稱，擬募資總額不超過8.4億元，投資于高效太陽能、電池激光印刷技術(shù)應(yīng)用研發(fā)項目、新型顯示行業(yè)激光技術(shù)及設(shè)備應(yīng)用研發(fā)項目并補充流動資金。項目預(yù)計建設(shè)期為3年，2023年投入完成。

大族激光

大族激光作為激光、機器人及自動化智能制造解決方案提供商，在光伏行業(yè)激光加工設(shè)備主要包括劃裂機、開膜機、摻雜機等，并已形成批量銷售，取得了隆基股份、通威股份等行業(yè)大客戶訂單。

2020年公司顯示面板及半導(dǎo)體相關(guān)業(yè)務(wù)實現(xiàn)營業(yè)收入10.27億元，較上年度增長6.67%。其中，光伏行業(yè)激光加工設(shè)備實現(xiàn)營業(yè)收入1.19億元，同比增長88.59%，劃裂機、開膜摻雜機等設(shè)備形成批量銷售。

大族激光緊跟市場需求與趨勢，組件效率的提升也是實現(xiàn)光伏平價上網(wǎng)的有效手段之一。下游廠商對激光劃裂技術(shù)提出更嚴苛的要求，主要體現(xiàn)在增強電池片機械強度上。大族光伏裝備憑借多年的技術(shù)沉淀，根據(jù)市場需求，研制出創(chuàng)新的無損激光劃裂技術(shù)。該技術(shù)已實現(xiàn)產(chǎn)品化，通過嚴苛的大尺寸、高密度封裝工藝驗證，成功打入市場。大族光伏裝備的無損激光劃裂設(shè)備適用于156mm×156mm-230mm×230mm電池片。該加工技術(shù)采用應(yīng)力切割原理，不存在激光熱燒蝕和機械裂片過程，可使電池片應(yīng)力斷面干凈、整潔，沒有任何損傷點，極大地提高了電池片的機械強度，保證了組件加工的良率和可靠性。

圖 無損激光劃裂硅片切割面圖

來源：大族光伏裝備

盛雄激光

盛雄激光成立于2008年4月8日，致力于打造中國先進的裝備智造商。近期，盛雄激光入選2021年工信部首批國家級專精特新”小巨人“企業(yè)。針對光伏行業(yè)，盛雄激光研制的光伏激光開槽機主要用于高效太陽能電池（主要是PERC電池）的背開槽環(huán)節(jié)。這款設(shè)備有著更高的重復(fù)頻率（自主研發(fā)激光器，最大可達2MHz）、更高的產(chǎn)能（每小時產(chǎn)能大于7500uph）、更低的隱裂風(fēng)險（小于0.01％）和更高的性價比（皮秒性能，納秒價格）。光伏激光摻雜機主要用于高效太陽能電池正面摻雜環(huán)節(jié)。該款設(shè)備采用德國進口光學(xué)器件，使聚焦方形光斑更均勻（≤5um），激光后擴散方阻可調(diào)（方阻降幅≥50Ω）。

6月，在“SNEC第十五屆國際太陽能光伏與智慧能源(上海)展覽會暨論壇”上，公司展出了其自由研發(fā)的光伏行業(yè)成熟的激光開槽與激光摻雜技術(shù)解決方案。該款由公司研發(fā)的激光PSG摻雜設(shè)備，工藝效果極佳，穩(wěn)定性高，最大特點在于模塊化設(shè)計，使用進口的光學(xué)器件。

三工光電

武漢三工光電設(shè)備制造有限公司成立于2005年，是國家認定的高新技術(shù)企業(yè)，863項目承擔(dān)單位，擁有自營進出口權(quán)。三工光電致力于激光加工設(shè)備和太陽能成套設(shè)備的研發(fā)生產(chǎn)，主要產(chǎn)品包括太陽能電池串焊機、激光劃片機等。

除上述企業(yè)外，還有一些激光企業(yè)同樣已有產(chǎn)品應(yīng)用于光伏領(lǐng)域。近期剛在深交所創(chuàng)業(yè)板上市的英諾激光在回答投資者提問中，表示公司產(chǎn)品已應(yīng)用于光伏領(lǐng)域。據(jù)公司官網(wǎng)信息，PERC電池激光開槽應(yīng)用，能夠?qū)崿F(xiàn)高質(zhì)量選擇性打孔，點直徑為25-35μm，線速度可達30m/s；銳科激光、華工科技產(chǎn)品已應(yīng)用在光伏領(lǐng)域的硅片切割中；江蘇啟瀾激光、珠海粵茂激光也有相關(guān)光伏激光設(shè)備。

隨著中國光伏行業(yè)逐步發(fā)展成熟，并在全球范圍內(nèi)取得領(lǐng)先優(yōu)勢。技術(shù)發(fā)展、減碳目標和政策導(dǎo)向?qū)⑦M一步帶動光伏產(chǎn)業(yè)發(fā)展。光伏產(chǎn)業(yè)降本增效的需求，也將進一步驅(qū)動對光伏激光設(shè)備的需求。根據(jù)PV Infolink研究報告，至2021年，全球光伏電池產(chǎn)能將達到約187GW，其中PERC電池產(chǎn)能預(yù)計約為126GW左右，占比約67%。另外，SE與電池片產(chǎn)線的強兼容性，可以給PERC電池片發(fā)展帶來更多上升空間，至2021年預(yù)計有110GW左右的電池產(chǎn)能將搭載SE工藝，PERC、SE高效太陽能電池工藝對應(yīng)的激光加工設(shè)備市場容量合計超過38億元。再加上MWT、LID/R、半片、疊瓦、擴硼等高效太陽能電池工藝，高效太陽能電池激光加工設(shè)備的市場總量有望超過58億元。

幾十億元市場，誰將受益？光伏激光設(shè)備龍頭企業(yè)如專注于此領(lǐng)域的帝爾激光，具備領(lǐng)先優(yōu)勢，通過技術(shù)研發(fā)滿足下游客戶需求，將直接受益于光伏行業(yè)的發(fā)展。