近日在太陽能電池行業(yè)傳出好消息，美國逐漸放開從中國進口的太陽能電池板，這對于國內(nèi)太陽能企業(yè)是一大利好，美國和歐洲是我國太陽能產(chǎn)品最重要的出口市場。歐美國家曾經(jīng)的太陽能企業(yè)在與中國企業(yè)競爭中落敗，現(xiàn)在中國產(chǎn)品已經(jīng)占據(jù)了歐美太陽能電池市場的最大份額。
在太陽能電池行業(yè)，中國控制著超過80%的供應(yīng)鏈，主導(dǎo)著太陽能電池板和其他重要設(shè)備的生產(chǎn)。其中在精密切割、電池劃片、開槽等逐漸采用了精密激光設(shè)備，也成為行業(yè)標配。
全球減排共推新能源大發(fā)展
過去幾年人們談及新能源，更多想到的是風頭甚勁的新能源汽車，其實從火車電氣化，到兩輪車再到四輪車的電氣化，這只是終端應(yīng)用工具的能源方式使用的轉(zhuǎn)變，新能源一個重要部分是在上游能源產(chǎn)生的轉(zhuǎn)變。電是清潔能源，但是如何產(chǎn)生電則非常重要，目前電力來源主要包括火電、水電、太陽能發(fā)電、風電、核電等。
全球碳減排是個長久的發(fā)展目標，關(guān)系到人類的生存。在這一大趨勢下各國都在積極推動清潔能源的替換。我國也向世界承諾了實現(xiàn)碳達峰碳中和的目標，也在努力實現(xiàn)能源的多元化，并且取得了偉大的成就，三峽、白鶴灘水電站世界矚目。而過去十年里，則以太陽能發(fā)電發(fā)展最為迅速。
進入21世界，我國已經(jīng)大力推動太陽能電池產(chǎn)業(yè)發(fā)展，在2010年后國內(nèi)產(chǎn)品大舉進軍歐美市場，隨即受到這些國家本土主義阻撓，并發(fā)出反傾銷調(diào)查和加關(guān)稅。在出口受挫后，政府支持太陽能產(chǎn)品大幅轉(zhuǎn)國內(nèi)消化，提倡“屋頂發(fā)電”與并網(wǎng)補貼。經(jīng)歷幾年低潮時期后，自2017年開始外國反傾銷限制逐步取消，出口和內(nèi)銷均呈現(xiàn)火熱，太陽能電池產(chǎn)業(yè)回到成長軌道。
2022年全球太陽能發(fā)電量增長約27%，達到1224千兆瓦，中國占總發(fā)電量的三分之一以上。預(yù)計2023年全球太陽能新增裝機需求將達到320-360GW，同比增長33.3%，亞太、歐洲、美國是主要增量市場。目前研究顯示，明年太陽能光伏發(fā)電量將超過水電發(fā)電量。三年后，它將超過燃氣發(fā)電。太陽光可以說是無盡的能源，分布面積廣，可以就地發(fā)電就地使用，無需燃料長途運輸或者電力長途輸送。未來在新能源中將可能占據(jù)最重要份額。
太陽能電池激光加工
當前太陽能電池主要包括PERC、TOPcon、HJT和IBC等技術(shù)類型。在2015年之前，BSF電池占據(jù)90%市場;2016年之后，PERC電池異軍突起，到2020年，PERC電池在全球市場中的占比已經(jīng)超過85%，且目前以雙面PERC為主，PERC采用了背面鈍化技術(shù)，制作過程中一個重要工藝是“背面激光開槽”，涉及到專用激光設(shè)備，國內(nèi)的帝爾激光就是憑借這個細分市場在短短幾年內(nèi)快速崛起。
單雙面P-PERC電池工藝生產(chǎn)流程
最近兩年TOPcon太陽能電池快速發(fā)展，制作中需要硼擴散發(fā)射極(SE)，采用到激光摻雜設(shè)備，目前國內(nèi)有帝爾激光、大族激光、海目星等少數(shù)企業(yè)布局。TOPCon一次摻雜SE設(shè)備，無需化學(xué)清洗工藝，經(jīng)濟效益優(yōu)勢明顯。利用激光能量推動硼原子在硅片內(nèi)擴散，實現(xiàn)選擇性發(fā)射極SE結(jié)構(gòu),從而獲得更高的短路電流、開路電壓和填充因子，提高太陽能電池的光電轉(zhuǎn)化效率。2022年4月16日，海目星公告中標晶科能源10.67億訂單，可見TOPcon電池激光設(shè)備需求潛力較大。
IBC電池采用到背面激光開槽技術(shù)，而其中的P-IBC電池技術(shù)又采用到2項激光加工：
1)則背面激光刻蝕：利用納秒級或皮秒激光對背面進行圖案化處理;
2)背面激光開膜：利用納秒級或皮秒級激光對背面減反射層和鈍化膜疊層進行開膜處理。
激光設(shè)備在此方法下得到比較好的應(yīng)用。設(shè)備環(huán)節(jié)省去了比較昂貴離子注入和光刻掩膜設(shè)備，金屬化環(huán)節(jié)采用高溫銀漿與鋁漿，金屬化成本同步降低，增加設(shè)備僅為激光設(shè)備與部分清洗設(shè)備，初步估計改良后P 型IBC設(shè)備與PERC/TOPcon設(shè)備成本較為接近，極大降低了成本，可實現(xiàn)規(guī)?；O(shè)備應(yīng)用。
太陽能電池新技術(shù)帶動激光新需求
激光在薄膜電池的制造過程中，發(fā)揮著決定性的作用，由于薄膜層厚通常只有微米級別，甚至納米級別，因此具有高光束質(zhì)量的超短脈沖和高脈沖能量的激光特別適合這類應(yīng)用。太陽能電池涉及到的激光工藝有薄膜電池的激光劃線，晶硅電池的開膜、摻雜、激光切割、激光打孔、激光刻邊等。以其精確的圖案化局部加工和快速切割能力，激光加工成為提升光伏產(chǎn)品轉(zhuǎn)換效率的重要方式。
在太陽能電池技術(shù)上中國已經(jīng)獨占鰲頭，仍然處于發(fā)展階段，新技術(shù)層出不窮。鈣鈦礦電池技術(shù)是最近熱門，它的材料更便宜而且完全不同于傳統(tǒng)晶硅電池的制造工藝。最大的優(yōu)點是在保持較好的光電轉(zhuǎn)化效率基礎(chǔ)上，減少了晶硅加工帶來的污染物。
鈣鈦礦光伏技術(shù)目前正從基礎(chǔ)研究階段過渡到工業(yè)化前階段。激光技術(shù)既可實現(xiàn)高活性表面積模塊，也可實現(xiàn)對關(guān)鍵層的氣相沉積、處理，將在鈦礦太陽能組件的工業(yè)化過程中發(fā)揮重要作用。
當前太陽能電池市場以PERC電池占據(jù)主導(dǎo)，TOPCon、HJT電池片技術(shù)路線逐漸成熟，開始進入大規(guī)模產(chǎn)業(yè)化階段，而IBC、鈣鈦礦電池等技術(shù)類型將成為下一代電池的代表。
太陽能激光設(shè)備在2022年帶來的采購需求超過25億元，預(yù)估在2025年將超過50億元，實現(xiàn)翻倍增長。
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