2021年激光微加工之太阳能电池加工领域应用现状及应用趋势分析

光伏产业是我国战略性新兴产业之一，在政策引导和市场需求驱动的双重作用下，我国光伏产业正高速发展；2011-2020 年，我国光伏新增并网装机量从2.13GW 增长至 48.2GW，年复合增速高达 40%以上；同时，根据国务院最新印发的《2030 年前碳达峰行动方案》要求，到 2030年，风电、太阳能发电总装机容量达到 12 亿千瓦以上，光伏产业预计将持续保持较快增长。

2011-2020年我国光伏新增并网装机量变化

资料来源：CPIA

光伏设施的核心是太阳能电池板，太阳能电池加工则处于光伏产业中游。太阳能电池是通过光反应将光能转换成电能的能量转换器，在太阳能电池生产中，激光加工技术目前主要应用于消融、切割、刻边、掺杂、打孔等工艺。根据帝尔激光在招股书中的描述，通过激光在 PERC 消融、SE 掺杂、MWT 等工艺上的应用，可以有效实现太阳能电池光电转换率的提升；其中，PERC可实现单晶电池光电转换效率绝对值从 20.3%提升至 21.5%左右；SE 可实现光电转换效率绝对值提升 0.2-0.3%左右；MWT 可实现光电转换效率绝对值提升 0.4%左右。

激光在太阳能电池加工中的应用

资料来源：帝尔激光招股书

（1）PERC激光消融：在 PERC技术中，背面电极透过钝化层实现微纳级高精度的局部接触是技术难点之一；加工过程中，在对钝化膜精密刻蚀的同时，不能损伤到硅衬底材料，否则会影响电池片最终转化效率。为实现该加工效果，即便是采用激光加工工艺中也并不简单，需要有微纳级激光加工技术和适应高效生产的控制系统来配套实现。但相比较早期实验室技术，采用湿法刻蚀工艺，不仅产业难度高且成本也很高；激光加工实现只需要增加氧化铝镀膜设备、激光加工设备和少量辅助设备即可完成生产线升级改造，可以以相对较低的成本实现太阳能电池技术参数和生产效率的明显提升。

标准光伏电池和 PERC 光伏电池对比

资料来源：公开资料

（2）激光掺杂：激光掺杂法以扩散产生的磷硅玻璃层为掺杂源，利用激光可选择性加热特性，在太阳电池正表面电极区域形成选择性重掺杂的 n++重掺杂区域，提高电极接触区域的掺杂浓度，降低接触电阻，从而有效地提高转换效率。目前，除了激光掺杂法，实现选择性发射极电池制备的主要工艺方法还有丝网印刷掺杂源高温扩散法，离子注入法等；相比较而言，激光掺杂具有提效明显、工艺流程简单、投入成本低、设备紧凑、占地面积小、无污染，与传统太阳能电池生产线相兼容性强等特点，目前正逐渐成为行业主流的选择性发射极制备方式。

（3）激光打孔：MWT 电池制造中在硅片、铜箔和封装材料中做精准打孔是重要步骤。金属穿孔卷绕技术用以制备背接触 MWT 电池，该技术采用激光打孔、背面布线的技术消除正面电极的主栅线，正面电极细栅线搜集的电流通过孔洞中的银浆引到背面，这样电池的正负电极点都分布在电池片的背面，有效减少了正面栅线的遮光，提高了光电转化效率，同时降低了银浆的耗量和金属电极-发射极界面的载流子复合损失。

P型硅基MWT电池基本工艺流程

资料来源：帝尔激光招股书

（4）激光半片/叠片：半片组件是指将电池对切后串联起来的技术，相比较而言，将太阳电池片切割一半后制备的切半组件相比传统组件能有至少 4.6%的功率提升，而组件的封装成本并不增加；叠瓦组件则是指将太阳能电池在优化栅线设计后切成多个小片，然后将每小片以类似导电胶的方式叠加串联，通过串并联的方式做成组件，令电池间的缝隙降到最低，因此在同样的单位面积中可以铺设更多电池，增加组件输出功率。目前，半片组件和叠片组件应用逐渐增多；而利用激光可以实现电池片半片或多片的自动切割、裂片。