激光设备是BC电池工艺中的核心环节,也是BC扩产周期中弹性最大的设备环节。广发证券光伏设备深度报告指出,BC电池的背面图形化和金属化两大工艺难点均依赖激光设备实现突破——一方面激光用于打开掩膜膜层形成P/N间隔区,另一方面用于背面减反射层开孔以便金属电极印刷。相较于纳秒激光的热熔加工(易产生残渣和微裂纹),皮秒及飞秒激光依靠极高峰值功率瞬间气化材料、热效应极微,已成为BC主流技术选择。帝尔激光可提供TOPCon激光诱导烧结(LIF)、TOPCon激光硼掺杂、BC激光微蚀刻及激光诱导退火(LIA)等全系列设备,是BC扩产的核心受益标的。
激光——BC工艺的“钥匙”环节
BC电池与传统PERC、TOPCon电池的核心差异在于电极全部位于背面,这带来了两项关键工艺挑战:P/N区的背面图形化以及背面金属电极的开孔对准。而解决这两项挑战的核心工具正是激光设备。
激光在BC工艺中有两大关键应用。第一道激光用于打开掩膜膜层:在沉积掩膜层之后,使用激光在P+和N+之间形成间隔区域,避免漏电。第二道激光用于开孔:在电池背面P+和N+区域上方的减反射层形成开孔,然后在开孔处印刷形成对应P和N的金属电极。通过激光开孔进行电接触,可以使BC电池获得更低的金属接触复合,进而提高转换效率。
以P-IBC结构(结合PERC、TOPCon、BC技术)为例:第一道激光用于对SiN开膜,便于下一步对隧穿层和POLY层的刻蚀;第二道激光用于对SiN和AlOx的开膜,便于铝浆的印刷、形成欧姆接触。两道激光工序缺一不可,直接决定了BC电池的良率和效率。
随着BC电池向HPBC2.0、HBC等更高效率结构演进,激光设备的精度要求和工艺复杂度还将进一步提升。激光设备在BC产线中的价值量较传统PERC产线将显著提升,单GW激光设备投资额有望从PERC时代的数百万元提升至BC时代的数千万元。
表2:不同激光技术在BC电池中的应用对比| 激光类型 | 加工机理 | 热影响 | 加工质量 | BC适用性 |
|---|
| 纳秒激光 | 热熔加工 | 大 | 易产生残渣、微裂纹 | 较低 |
| 皮秒激光 | 气化消融 | 极小 | 表面整齐、熔珠少 | 高 |
| 飞秒激光 | 气化消融/改质 | 微乎其微 | 加工表面整齐、无损伤 | 最高 |
超快激光——皮秒飞秒成主流选择
BC电池对加工精度的要求远高于传统电池。背面的P/N区交替分布、间距极小,任何边缘损伤或残渣都可能导致漏电和效率下降。因此,激光设备的选择至关重要。
纳秒激光采用热熔加工原理,利用激光能量的热堆积使材料熔化乃至挥发。由于脉冲持续时间较长,材料中产生热堆积传导,加工材料边缘热影响大,容易产生残渣、碎屑、微裂纹等损伤,难以满足BC电池的精度要求。
皮秒及飞秒激光则采用气化消融或改质加工原理,脉宽极短(皮秒为10⁻¹²秒,飞秒为10⁻¹⁵秒),依靠自身极高的峰值功率和强吸收,瞬间气化材料,热效应微乎其微。加工表面整齐、产生熔珠少,几乎不产生热损伤。
从实际加工效果看:纳秒激光钻孔存在明显热影响区域和边缘毛刺;皮秒激光钻孔表面质量明显改善;飞秒激光钻孔则达到最佳效果——孔壁光滑、无热影响区、边缘整齐。正是这种加工质量的提升,使皮秒/飞秒激光成为BC电池量产的主流技术选择。
激光转印——铜浆料降本的新应用场景
激光转印技术是一种非接触式的表面金属化工艺,通过在透明聚合物薄膜上填充浆料,再用红外激光照射将浆料转移到电池片表面。相比丝网印刷,激光转印可制作线宽20μm以下、高宽比超过0.6的栅线,正面银浆用量节省超过50%。超细栅线还可降低遮光面积,提升转换效率。
激光转印在铜浆料应用中有望发挥独特价值。由于铜浆料不能直接与硅接触(需先印刷银种子层形成欧姆接触),激光转印可应用于银种子层的精密印刷,进一步降低银的使用量。在铜浆料印刷完成后,激光转印还可用于后续的烧结和固化工艺。
随着BC电池量产规模扩大和铜浆料技术的成熟,激光转印设备有望在BC产线中找到新的应用场景,成为激光设备企业的重要增量市场。
设备标的——帝尔激光核心受益
帝尔激光是光伏激光设备的绝对龙头,在BC扩产周期中的受益最为直接。公司可以提供TOPCon电池激光诱导烧结(LIF)设备、TOPCon电池激光硼掺杂设备、背接触电池(BC)的激光微蚀刻系列设备、激光诱导退火(LIA)设备等,产品线覆盖BC、TOPCon两大技术路线,具备优秀的竞争力。
除了帝尔激光,海目星在激光设备领域也有BC相关布局;捷佳伟创在PERC、TOPCon、HJT、钙钛矿、XBC等多方面全面布局;迈为股份在HJT和铜电镀领域具有领先地位。随着BC扩产加速,激光设备订单有望持续落地,建议重点关注。