光伏產業的發展經過轉折，如今，在政策推動下整體呈向好趨勢。2020年4月，《關于做好可再生能源發展“十四五”規劃編制工作有關事項的通知》中提到，力爭在2030年達到非化石能源消費占比20%的戰略目標。“十四五”規劃提出2030年“碳達峰”，2060年“碳中和”。而在日前，國家能源局下發了一則通知，提出開展整縣（市、區）推進屋頂分布式光伏建設。
要實現“碳中和”，光伏產業的發展將發揮巨大作用。
在光伏產業的發展中，激光技術應用眾多。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，成為提升光伏產品轉換效率的重要方式。激光加工技術在太陽能電池生產中主要用于消融、切割、刻邊、摻雜、打孔等工藝。
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激光加工太陽能電池
太陽能電池是通過光電反應將光能轉換成電能的能量轉換器，太陽能電池轉換效率是降低光伏成本的重要因素。在太陽能電池生產中，激光加工技術主要應用于PERC、SE、MWT等電池片工藝，以提高光電轉換效率。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業技術進步。
圖 激光加工工藝在太陽能電池不同環節的應用情況
來源：帝爾激光招股書
提升太陽能電池光電轉化效率的關鍵在于控制光學損失和電學損失，目前，具備產業化基礎的提升太陽能電池光電轉換效率的方式包括PERC、SE、MWT等，根據中國光伏行業協會統計，技術水平下的效率提升效果如下（數據來源于帝爾激光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量產設備，通過電池制程工藝創新，M6大尺寸全面積（Area=274.50cm）電池轉化效率可達23.47%，經ISO/IEC 17025第三方國際權威機構認證，創造了M6大尺寸全面積產業化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合區域（如電池表面與金屬電極的接觸處）的復合行為，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，從而提高電池的轉換效率，提高電池的性能。
早期實驗室的濕法刻蝕工藝，產業化難度和成本高。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和適應高效生產的控制系統是PERC電池激光加工設備的技術核心，同時也是高效太陽能電池實現產業化的保證。
圖 標準光伏電池與PERC光伏電池 來源：ISFH
在PERC技術中，難點之一是背面電極透過鈍化層實現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化效率。
相對于傳統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備、激光加工設備及其它少量輔助設備即可完成生產線的升級和改造，可以兼容現有生產線，有利于以相對較低的成本提升電池技術參數和生產效率，對太陽能電池制造企業具有很強的吸引力。
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；電極以外區域進行低濃度淺摻雜，降低表面復合速率，從而有效實現電池的開壓、電流和填充因子的改善，提高光電轉換效率。
SE電池制備的主要工藝方法包括絲網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、設備緊湊、占地面積小、無污染，與傳統太陽能電池生產線相兼容性強等特點，因而逐漸成為了行業主流的選擇性發射極制備方式。
MWT工藝
MWT（金屬穿孔卷繞技術），用以制備背接觸MWT電池，該技術采用激光打孔、背面布線的技術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，提高了光電轉化效率，同時降低了銀漿的耗量和金屬電極-發射極界面的載流子復合損失。
圖 P型硅MWT電池結構示意圖
來源：帝爾激光招股書
和常規組件相比，MWT電池制造省去了復雜的高溫焊接過程，更容易實現自動化和更高產能，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量好、熱損傷小，但速度慢、成本高，不適合規模化生產；高功率、長波長的激光器打孔速度最快，但熱損傷大，容易產生隱裂，影響產品質量。選擇穩定性最佳的激光器，性價比最佳的波長，調整合適的功率、頻率和脈寬、光束質量等參數是做好MWT電池的基礎。
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，產生大量光生載流子來改變體內氫的價態，快速實現硼氧結構由高活性的復合體轉變為低活性的再生態，以達到降低光致衰減目的。激光因高光強、方向性好、能量轉換效率高等特性，在LID/R技術工藝中有較好的應用效果。利用激光在太陽能電池上實現LID/R從實驗室到量產階段需有快速精準的激光自動化溫控系統及商業電池面積尺寸的均勻光照能量覆蓋，其實現難度較大。
劃片/裂片工藝
組件技術是未來效率提升的重要發展方向，半片、疊瓦、拼片等組件技術相繼亮相并發展。
半片組件是指將電池對切后串聯起來的技術，因電池片面積減小一半，電流降為原來1/2，串聯電阻引起的內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電池，將半片技術應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化柵線設計后切成多個小片，然后將每小片以類似導電膠的方式疊加串聯，通過串并聯的方式做成組件，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更多電池，增加組件輸出功率。
利用激光可以實現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、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上大幅提高對激光圖形重復和定位精度的要求。
布局光伏激光設備企業
帝爾激光
帝爾激光是成立于2008年4月25日，主營業務為精密激光加工解決方案的設計及其配套設備的研發、生產和銷售，主營產品為應用于光伏領域的精密激光加工設備。現已成為光伏領域精密激光加工設備龍頭，具備強勢的市場競爭地位和過硬的產品競爭力。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”。
帝爾激光的主要產品包括PERC激光消融設備、SE激光摻雜設備、MWT系列激光設備、全自動高速激光劃片/裂片機、LID/R激光修復設備、激光擴硼設備等激光設備。同時，已成功將激光加工技術應用到PERC、MWT、TOPCON、IBC、HJT等新型高效太陽能電池及組件技術。2020年，在國內主要光伏電池廠商的PERC工藝產線上，公司的PERC激光消融和SE摻雜設備延續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，繼續加深P型PERC電池工藝的研發，包括PERC+工藝等，也對Topcon、HJT等N型電池工藝進行相應的技術研究，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）技術、激光轉移印刷技術、無損劃片技術的研發，以及激光在電池片生產環節的其他應用，進一步拓展了公司技術儲備。
2020年12月，帝爾激光發布公告稱，擬募資總額不超過8.4億元，投資于高效太陽能、電池激光印刷技術應用研發項目、新型顯示行業激光技術及設備應用研發項目并補充流動資金。項目預計建設期為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，在光伏行業激光加工設備主要包括劃裂機、開膜機、摻雜機等，并已形成批量銷售，取得了隆基股份、通威股份等行業大客戶訂單。
2020年公司顯示面板及半導體相關業務實現營業收入10.27億元，較上年度增長6.67%。其中，光伏行業激光加工設備實現營業收入1.19億元，同比增長88.59%，劃裂機、開膜摻雜機等設備形成批量銷售。
大族激光緊跟市場需求與趨勢，組件效率的提升也是實現光伏平價上網的有效手段之一。下游廠商對激光劃裂技術提出更嚴苛的要求，主要體現在增強電池片機械強度上。大族光伏裝備憑借多年的技術沉淀，根據市場需求，研制出創新的無損激光劃裂技術。該技術已實現產品化，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備適用于156mm×156mm-230mm×230mm電池片。該加工技術采用應力切割原理，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。針對光伏行業，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）的背開槽環節。這款設備有著更高的重復頻率（自主研發激光器，最大可達2MHz）、更高的產能（每小時產能大于7500uph）、更低的隱裂風險（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節。該款設備采用德國進口光學器件，使聚焦方形光斑更均勻（≤5um），激光后擴散方阻可調（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的光伏行業成熟的激光開槽與激光摻雜技術解決方案。該款由公司研發的激光PSG摻雜設備，工藝效果極佳，穩定性高，最大特點在于模塊化設計，使用進口的光學器件。
三工光電
武漢三工光電設備制造有限公司成立于2005年，是國家認定的高新技術企業，863項目承擔單位，擁有自營進出口權。三工光電致力于激光加工設備和太陽能成套設備的研發生產，主要產品包括太陽能電池串焊機、激光劃片機等。
除上述企業外，還有一些激光企業同樣已有產品應用于光伏領域。近期剛在深交所創業板上市的英諾激光在回答投資者提問中，表示公司產品已應用于光伏領域。據公司官網信息，PERC電池激光開槽應用，能夠實現高質量選擇性打孔，點直徑為25-35μm，線速度可達30m/s；銳科激光、華工科技產品已應用在光伏領域的硅片切割中；江蘇啟瀾激光、珠海粵茂激光也有相關光伏激光設備。
隨著中國光伏行業逐步發展成熟，并在全球范圍內取得領先優勢。技術發展、減碳目標和政策導向將進一步帶動光伏產業發展。光伏產業降本增效的需求，也將進一步驅動對光伏激光設備的需求。根據PV Infolink研究報告，至2021年，全球光伏電池產能將達到約187GW，其中PERC電池產能預計約為126GW左右，占比約67%。另外，SE與電池片產線的強兼容性，可以給PERC電池片發展帶來更多上升空間，至2021年預計有110GW左右的電池產能將搭載SE工藝，PERC、SE高效太陽能電池工藝對應的激光加工設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？光伏激光設備龍頭企業如專注于此領域的帝爾激光，具備領先優勢，通過技術研發滿足下游客戶需求，將直接受益于光伏行業的發展。
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