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當前，光伏產業(yè)正處在多種技術路線并存、降本增效需求強烈的發(fā)展階段。 光伏電池制造設備中，激光SE、激光轉印、激光消融等激光設備可謂提高TOPCon、HJT、IBC、鈣鈦礦等新型產品光電轉換效率的“超級武器”。以激光SE為例，在TOPCon中運用激光摻硼技術，僅考慮激光SE（Selective emitter，選擇性發(fā)射極技術）帶來的轉換效率就可提升0.3%。 華安證券預計，2023年不含組件和鈣鈦礦技術的光伏用激光設備市場規(guī)模可達43.39億元，同比增長93%。 激光SE：從“可選”走向“標配” 激光SE技術是指在金屬柵線與硅片接觸部分進行高濃度磷摻雜或硼摻雜的重摻雜，降低電極和硅片之間的接觸電阻；電極以外的區(qū)域則進行低濃度摻雜，降低表面復合率，實現(xiàn)開路電壓、短路電流和填充因子的改善，從而將電池光電轉換效率絕對值提升。 目前，激光SE技術主要用于PERC和TOPCon等同質結電池。 隨著PERC電池逐漸逼近其24.5%的轉換效率極限且降本速度趨緩，“PERC+”成為PERC工藝升級、提升光電轉換效率的重要方向。 其中，PERC+SE是主要升級路線之一。該技術路線增強了電池對太陽光中紫外光和紅外光的吸收，可將PERC電池效率提升約0.3%-0.5%。同時，PERC+SE僅需在PERC生產線基礎上增加SE激光摻雜設備，投入較小且效益明顯。隨著2020-2021年大尺寸PERC+電池的擴產，激光SE設備已成為新增“PERC+”產能標配。 2023年PERC電池市場份額占比約為60%，考慮到PERC產品未來或逐漸被淘汰，對應設備市場空間料將逐漸縮小。但SE設備在TOPCon電池技術迭代PERC時繼續(xù)扮演降本提效的角色，并有望成為TOPCon標配工藝。 根據(jù)硅片進入擴散爐的次數(shù)，TOPCon所采用的激光SE工藝可分為一次硼擴和二次硼擴兩種路線。 其中，一次硼擴硅片只需進入擴散爐一次，僅用一次激光設備就可以解決選擇性摻雜問題，流程相對簡單也更具經(jīng)濟性，被認為是最終解決方案；二次硼擴則是硅片兩次進入擴散爐，還需要配套額外的擴散爐和清洗設備，經(jīng)濟性較差，目前未大規(guī)模使用。 從技術原理上看，TOPCon激光硼摻工藝原理與PERC+SE中的激光SE設備基本相同，通過實現(xiàn)局部重摻，將光電轉換效率提升0.2%-0.4%。 目前激光硼擴SE技術在TOPCon電池領域已實現(xiàn)突破。2023年5月，晶科能源（688223.SH）在互動平臺表示，TOPCon電池今年主要通過激光SE提效0.2%-0.3%以上。整體來看，目前TOPCon量產效率在25.3%左右，疊加激光SE、工藝優(yōu)化等因素，華泰證券預計2023年年底TOPCon效率有望提升至25.7%以上，較PERC的23.5%提升明顯。 效率提升的同時，采用激光SE的電池成本也有望下降。 中信建投預測，在TOPCon電池片環(huán)節(jié)引入激光摻雜設備，整體電池片環(huán)節(jié)提效0.2%則帶動單位成本降低0.238分/W，并且組件、電站環(huán)節(jié)單位成本也分別降低0.373、0.758分/W，合計系統(tǒng)單位降本1.369分/W。 2022年以來，國內新增建設和規(guī)劃中的TOPCon電池產能已超250GW，再加上從IRR角度來看，N型電池的收益率更好，因此相較于P型電池，N型電池對設備投資成本增加容忍度更高，激光SE設備的市場規(guī)模或將持續(xù)擴大。 光大證券預計，2023-2025年，TOPCon所采用的激光SE設備市場空間為14.0億、16.0億、20.2億元。 目前，TOPCon激光摻雜設備逐漸成為主要競爭賽道，吸引了多家企業(yè)布局。 截至2023年2月，帝爾激光TOPCon光伏電池SE一次激光摻雜設備訂單產能累計已經(jīng)突破100GW。據(jù)悉，帝爾激光2016年成功研發(fā)SE激光摻雜設備，是首次將激光設備量產化應用于PERC工藝的國內企業(yè)，2018年PERC+SE設備全球市占率高達86%。 此外，海目星、英諾激光、先導智能、捷佳偉創(chuàng)等公司也開發(fā)出了用于TOPCon的SE設備。 海目星的全自動TOPCon激光一次摻雜設備主要用于一次硼擴激光直摻工序，主要客戶包括晶科能源、天合光能、隆基綠能等。2023年5月，海目星在互動平臺表示，公司SE設備簽單情況良好，2023年一季度該類設備訂單約4億元。 激光開槽：用于IBC PN區(qū)制備 由于IBC（叉指式背接觸電池）具有平臺化技術特征，可以和TOPCon、HJT的特征相結合（比如吸收TOPCon鈍化接觸技術演變成TBC電池、吸收HJT的非晶硅鈍化技術演變成HBC電池），因此，IBC的制備工藝相較于其他光伏電池技術更為多變，激光開槽、激光摻雜等激光技術也可在多個環(huán)節(jié)發(fā)揮作用。 其中，由于IBC電池的正負兩極金屬柵線呈指狀交叉排列于電池背面，激光開槽技術可應用于其背面PN區(qū)制備上。 一方面，激光開槽工藝可以低成本地制備IBC電池PN區(qū)結構。 IBC制備時需要多步打掩膜的步驟，制程更加復雜，并且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)，也可以更靈活準確地去除鈍化膜形成金屬化的接觸區(qū)。 另一方面，激光開槽還可用于IBC電池PN區(qū)分離。 為防止短路，IBC電池背面的P區(qū)和N區(qū)之間往往需要隔離，采用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。 得益于IBC的特殊結構，其在降低光學損失、提升效率、外觀美觀等方面具備優(yōu)勢，適合分布式等高端使用場景，有較高的產品溢價。目前隆基綠能15GW的HPBC項目已開始投產，遠期規(guī)劃產能近30GW；愛旭股份（600732.SH）的珠海6.5GW的ABC產能投產在即，遠期規(guī)劃50GW以上。 由于激光開槽在IBC的制造過程中屬于標配設備，已經(jīng)體現(xiàn)出龍頭受益于行業(yè)β的屬性。 2022年5月，帝爾激光發(fā)布公告稱，2022年新簽隆基系訂單約6.02億元，占2021年收入47.88%。據(jù)悉，新簽訂單以HPBC的激光開槽訂單為主。截至2022年10月，帝爾激光已經(jīng)獲得了40GW以上的IBC訂單。 激光轉印：光伏電池通用設備 激光轉印是一種通用型技術，可替代現(xiàn)有高效太陽能電池產線中的絲網(wǎng)印刷機設備，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。 其中，激光轉印技術在HJT中的應用優(yōu)勢更加明顯，首先是因為HJT所采用的低溫銀漿成本較高，約占非硅成本的50%；其次，激光轉印技術突破了傳統(tǒng)絲網(wǎng)印刷的20μm線寬極限，可以做到18μm以下，精度更高，并且因為是非接觸性印刷技術，對電池片的損傷更小；最后，激光轉印可以兼容不同漿料，低溫銀漿、銀包銅等都可在激光轉印上使用，可大幅節(jié)省漿料耗量、降低電池成本的同時提升太陽能電池效率。 與現(xiàn)階段廣泛使用的絲網(wǎng)印刷技術相比，華安證券測算得出，若HJT絲印技術下銀漿耗用量為20mg/W，激光轉印的銀漿耗用量為絲印的70%，激光轉印在1000萬元/GW的設備溢價下仍有0.04元/W的成本優(yōu)勢。 但從實際應用來看，絲網(wǎng)印刷技術量產時間較長，擁有長期的驗證基礎，技術更為成熟。 而且，除了采用激光轉印降低銀漿用量外，鋼板印刷、0BB、銅電鍍等方式也可以實現(xiàn)該效果，并且銀包銅漿料的單位耗用成本更低，這使得激光轉印的成本優(yōu)勢在一定程度上被削減。 由于HJT產能還未大規(guī)模放出，HJT相關改良設備的放量階段還沒有到來，激光轉印技術若想得到更為廣泛的應用，還需要通過不斷試驗來提高設備良率和精準性，降低設備價格。 激光修復：LIA提效已通過檢驗 由于HJT電池結構中存在α-Si：H/c-Si的界面，需要在光照情況下對HJT電池進行加熱退火，即采用激光LIA（Light-InducedAnnealing,光誘導退火）技術。該技術可以有效減少界面態(tài)（Si懸掛鍵）密度、降低界面復合，最終實現(xiàn)電池轉換效率明顯上升，主要體現(xiàn)在Voc（開路電壓）和FF（填充因子）的提升上。 此外，LIA技術在HJT的應用還能減少電池片的暗衰減，延長電池組件的使用壽命。 從應用情況來看，LIA設備的提效已經(jīng)過廠商檢驗。早在2020年11月，帝爾激光的激光LIA設備就獲得歐洲客戶量產設備訂單，總金額1000多萬元，2022年該客戶仍有GW級訂單落地。 但LIA設備價值量約為3000萬元，相較于HJT目前普遍采用的LED光照模式成本會更高。有滬上機械設備分析師曾表示，隨著HJT成本下降，更多一體化玩家會逐漸進入HJT市場，加上激光LIA單機價值量的下降，國內LIA設備的滲透率將逐漸提升。 當前激光修復設備供應商仍以帝爾激光為主。2023年5月，帝爾激光在投資者互動平臺表示，公司的激光修復設備能夠在極短的時間內完成HJT電池的LIA過程，較傳統(tǒng)LED抗光衰工藝的設備優(yōu)勢明顯。 激光消融：提升PERC、IBC電池性能 激光消融技術的核心是利用脈沖激光來打穿電池背面的鈍化層，形成背面接觸，從而提高電池性能。 在早期BSF（常規(guī)鋁背場電池）向PERC電池轉型的過程中，激光消融設備可在PERC電池鈍化層進行圖形化開槽，實現(xiàn)PERC電池的高效率和高品質生產，是光伏電池生產線由傳統(tǒng)電池技術向PERC技術升級產業(yè)化的重要核心設備，效率提升約1%以上。 IBC方面，激光消融技術可替代工藝復雜、成本較高、難以大規(guī)模量產的傳統(tǒng)光刻工藝，實現(xiàn)快速、無損、高效去膜技術，從而達到背面P\N鈍化膜層的精準消融，大幅度簡化工藝、降低成本、提高升IBC電池的競爭力。 帝爾激光于2012和2014年分別推出了研發(fā)型和量產型PERC激光消融設備，可在背鈍化疊層上實現(xiàn)快速高效消融，通過鋁漿的燒結形成背面局部鋁背場結構，提升PERC電池的轉換效率。該公司在2022年年報中表示，報告期內，公司的PERC激光消融、SE激光摻雜設備全球市占率遙遙領先。 激光刻蝕：鈣鈦礦制備需四次應用 機械刻蝕、金剛線刻蝕、激光刻蝕等均為鈣鈦礦刻蝕環(huán)節(jié)可采用的技術方法。 其中，激光刻蝕技術通過激光劃線打開膜層，阻斷導通形成單獨模塊，獲得子電池。鈣鈦礦的制備需要進行四次激光刻蝕，分別是P1-P3的平行激光劃線；P4則激光清邊，主要為了封裝。 激光刻蝕技術具備成本低、精度高、死區(qū)小、效率高等優(yōu)勢，以達到鈣鈦礦要求的0.3-0.5微米級別，可以精確控制P1、P2和P3線的線寬，降低鈣鈦礦電池的死區(qū)面積，提高光電轉換效率和生產效率。 目前，激光刻蝕已成為鈣鈦礦的主流制備方法，刻蝕設備也成為鈣鈦礦的標配設備。 多家激光設備廠商已進行布局。比如德龍激光（688170.SH）2020年推出針對鈣鈦礦薄膜太陽能電池生產整段設備，包括P0層激光打標設備，P1、P2、P3激光劃線設備，P4激光清邊設備及其中一系列自動化設備，目前設備已投入客戶量產線使用，率先實現(xiàn)百兆瓦級規(guī)模化量產。 眾能光電2021年已出貨鈣鈦礦激光劃線刻蝕設備50臺套。 2022年8月，大族激光在互動平臺表示，公司自主研發(fā)的鈣鈦礦激光刻劃設備2015年已實現(xiàn)量產銷售，大尺寸整線激光刻劃設備已在鈣鈦礦頭部企業(yè)交付。 結語 整體來看，光伏電池激光設備的投資邏輯大致可分為兩類。 一是光伏激光標配設備的領軍企業(yè)將享受行業(yè)β以及與下游龍頭企業(yè)的合作機會，“比如已經(jīng)獲得驗證的PERC激光消融設備，以及正在演繹的IBC激光開槽設備，后續(xù)還有鈣鈦礦激光設備的機遇等。”上述滬上機械設備分析師表示。 二是具備增益改良性質的光伏激光設備，需要關注降本增效以及設備投入帶來的成本增加，二者之間是否達到了一定的平衡并形成放量的節(jié)點。如果技術路線初步放量疊加技術改良需求，或能為相關設備廠商帶來一些業(yè)績增量。“之前已經(jīng)驗證的是PERC的激光SE設備邏輯，正在演繹的是TOPCon激光SE設備，后續(xù)還會有HJT激光轉印、激光修復等設備。” |
