光大证券：光伏新技术-原理、影响、机会分析.pdf-solarbe文库

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证券研究报告 2023年9月18日作者光大环保电新殷中枢、黄帅斌激光辅助烧结原理、影响、机会分析光伏新技术系列（二）请务必参阅正文之后的重要声明目录激光辅助烧结简介激光辅助烧结的实证效果与微观机理激光辅助烧结对浆料的影响 1 投资建议风险分析请务必参阅正文之后的重要声明 2 Laser-enhanced contact optimizationLECO Laser-enhanced contact optimizationLECO，即激光增强接触优化，2016年由Cell Engineering GmbH申请专利，用于修复欠烧结的PERC电池。工艺方法对电池片照射高强度激光，同时施加10V或以上的偏转电压，由此产生的数安培的局部电流会显著降低金属与半导体之间的接触电阻。处理时间实验条件下每片硅片处理时间1.6秒，可以很容易地降低至1秒以下。图1LECO技术适用于多种电池类型图2LECO工作原理示意图激光扫描电池片激发电荷载流子自由载流子被迫通过金属-半导体形成的触点高电流流过局部非常小的导电点金属和半导体之间的接触电阻降低钝化不会受到损害图3LECO影响区域的太阳能电池示意图资料来源Cell Engineering 资料来源Cell Engineering 资料来源Cell Engineering 请务必参阅正文之后的重要声明 3 Laser-enhanced contact optimizationLECO LECO改进了现有的电池概念（Al BSF、PERC、选择性发射极）允许更大的烧结温度窗口允许在超低掺杂发射极上实现正确接触允许更高的太阳能电池Voc LECO是新电池概念（钝化接触，n型）的关键允许接触较薄的半导体层允许使用烧穿性较小的银浆可实现低电阻接触，同时不会损坏钝化层使用LECO工艺的三个集成级别 1.窄化效率分布提高产量 2.适应电池生产工艺受益于更大的工艺窗口 3.调整电池生产工艺使用LECO浆料通过Voc增益（6mV）提高效率增益请务必参阅正文之后的重要声明 4 Cell Engineering推出激光设备图5LECO INTEGRATION-UNIT 图4LECO Labtool 单机系统规格带有电池片输送带的LECO自动化工艺吞吐量500件/小时符合IEC标准的1类激光产品集成系统规格可用于集成的各种接口选项 LECO处理时间可小于1s 符合IEC标准的4级激光系统占地面积约0.4m2 资料来源Cell Engineering 资料来源Cell Engineering 请务必参阅正文之后的重要声明目录激光辅助烧结简介激光辅助烧结的实证效果与微观机理激光辅助烧结对浆料的影响 5 投资建议风险分析请务必参阅正文之后的重要声明 6 LECO技术在P-PERC电池上的效果在P-PERC电池上，分别使用标准浆料/LECO专用浆料，细栅宽度40μm，主栅数量4道。 LECO批次的平均开路电压高出 6.9mV，而填充因子处于同一水平，略提升0.42，短路电流增加 0.08mA/cm2，总体来看，电池片转换效率提升0.38。图6LECO 技术在P-PERC电池上的效果资料来源Eve KrassowskiInvestigation of monocrystalline p-type PERC cells featuring the laser enhanced contact optimization process and new LECO paste 请务必参阅正文之后的重要声明 7 LECO技术在N-TOPCon电池上的效果分别制备poly硅厚度为80、170nm的TOPCon电池，正背面分别使用市售银铝浆、银浆，细栅宽度24μm。结果表明，LECO可以实现在TOPCon电池上23.8的转换效率（背面poly硅厚度80nm和24.1的转换效率（背面poly硅厚度130nm。与LECO处理前相比，效率增益0.6。最佳峰值烧结温度下降20-40℃。在较低温度下烧结的TOPCon电池在LECO之后，在两侧显示出更低的接触电阻率，且方差减小。最佳烧结条件，LECO将硼发射极侧的ρc从2.9±1.21 降低到1.8±0.58 mΩcm2，在TOPCon侧更为明显，从14.1±7.47降低到2.9±0.57 mΩcm2。图7LECO 技术在N-TOPCon电池上的效果资料来源Tobias FellmethLaser-enhanced contact optimization on iTOPCon solar cells 请务必参阅正文之后的重要声明 8 LECO的微观机理实验设备LECO Labtool LECO所形成的接触点多位于金字塔顶峰附近。兴趣区1（roi 1）硅内发现丝状明亮材料对比区，表明银渗入了硅中。兴趣区2（roi 2）银栅线内出现了偏暗的区域，说明掺入了硅。图7LECO 处理前后电池表面变化资料来源Stephan GroßerMicroscale Contact Formation by Laser Enhanced Contact Optimization 请务必参阅正文之后的重要声明 9 LECO的微观机理进一步的表征说明，兴趣区1中银含量小于20，可以验证 LECO诱导硅和银的相互扩散，形成局部亚微米大小的点接触。图8LECO 处理前后电池表面变化资料来源Stephan GroßerMicroscale Contact Formation by Laser Enhanced Contact Optimization 请务必参阅正文之后的重要声明 10 LECO的反应模型第一步由局部激光束形成感应载流子，结合偏置电压，形成局部电流；局部电流的优先路径是低电阻路径，该路径必须已经存在于栅线下方的发射极与Ag 之间，并导致高电流密度。这些路径可以在金字塔的顶部或顶部附近找到；第二步高电流密度导致发热点，对应处发生烧结，引发银与硅的互相扩散；第三步冷却过程。电流引起的加热时间在微秒-毫秒之间，主要取决于载流子寿命。熔融点附近的温度将迅速降低。根据Microscale Contact Formation by Laser Enhanced Contact Optimization分析，roi 1区丝状明亮材料来自在快速冷却步骤期间AgxSiy相中过量Ag的偏析。电流传输是基于通过玻璃层的电子隧穿，这是由于玻璃中的 Ag沉淀物和溶解的Ag以及硅表面生长的Ag晶粒。此外，在硼发射极中电流注入烧制银浆可以在玻璃层中产生额外的银枝晶。因此，Microscale Contact Formation by Laser Enhanced Contact Optimization一文中，作者建议将CFCthe currentfired contacts作为总电流传输中的额外电流路径。图9LECO 的反应模型资料来源Stephan GroßerMicroscale Contact Formation by Laser Enhanced Contact Optimization 请务必参阅正文之后的重要声明目录激光辅助烧结简介激光辅助烧结的实证效果与微观机理激光辅助烧结对浆料的影响 11 投资建议风险分析请务必参阅正文之后的重要声明 12 LECO对浆料的影响 2019年贺利氏推出LECO专用浆料SOL8100，主要用于均匀发射极电池。配合LECO设备，提效水平约在0.15。图10LECO 处理前后电池表面变化图11LECO 处理前后电池表面变化图12LECO 处理前后电池表面变化资料来源HERAEUS 资料来源HERAEUS 资料来源HERAEUS Ptype-Full BSF Cz Ptype-PERC Cz Ptype-PERCSE Cz N-Type-PERT Rear side N-Type-Poly-Si Front side N-Type-Poly-Si Rear side N-Type-Poly-Si Poly sides Standrad Paste LECO Paste Standrad Paste LECO Paste Standrad Paste LECO Paste Standrad Paste LECO Paste Standrad Paste LECO Paste Standrad Paste LECO Paste Standrad Paste LECO Paste FS J0metfA/cm2 1000 150 1000 150 1000 150 1400 150 1400 150 RS J0metfA/cm2 1000 150 200 100 200 100 Area-weighted FS J0metfA/cm2 37 5.5 37 5.5 33.3 5 35 35 35 3.75 35 35 35 3.8 Area-weighted RS J0metfA/cm2 400 400 19 19 19 19 37 5.6 18.8 18.8 18.8 3.7 18.8 5.6 All Other J0fA/cm2 127 127 141.5 141.5 135 135 106.7 106.7 44.3 44.3 44.3 44.3 44.3 44.3 VocmV,calculated 645.8 647.3 674 678.5 675.3 679.6 675.6 680.6 691.1 701.0 691.1 695.4 691.2 706.8 Voc Delta vs ControlmV 1.5 4.5 4.3 5 9.9 4.3 15.7 Efficiency,calculated 20.53 20.57 21.84 21.98 21.99 22.13 22.30 22.46 22.81 23.14 22.81 22.95 22.81 23.33 Efficiency Delta vs Control 0.04 0.14 0.14 0.16 0.33 0.14 0.52 请务必参阅正文之后的重要声明 13 LECO对浆料的影响贺利氏光伏推出了贺利氏SOL8200系列产品。该系列通过控制浆料的侵蚀性，并将其与激光后处理工艺相结合，成功将银电极烧结过程中的钝化层侵蚀和接触形成这两个关键步骤分开，在尽可能高地保持开路电压的同时，降低接触电阻。贺利氏SOL8200系列在常规烧结过程中成功减少了钝化层的侵蚀；虽然几乎不能接触，EL测试显示大面积黑片，但经由激光优化处理产生的有效导电通路，能成功增强接触，并通过设备参数优化达到极佳效率。从机理角度来看，贺利氏SOL8200系列的配方设计调整减少了烧穿区域，通过增强作用，打通了一些之前烧结过程中未通的的电子传输通道，从而显著提升了接触效果。在不同电池结构上，贺利氏SOL8200系列配合激光优化技术，可实现0.1-0.2的效率提升。图一常规烧结钝化层面积破坏过大造成开压低；图二贺利氏SOL8200系列浆料烧结后，栅线下大面积钝化层得以保留，再通过激光优化打通导电通路图13LECO 处理前后电池表面变化图14LECO 处理前后电池表面变化资料来源贺利氏光伏微信公众号资料来源贺利氏光伏微信公众号请务必参阅正文之后的重要声明目录激光辅助烧结简介激光辅助烧结的实证效果与微观机理激光辅助烧结对浆料的影响 14 投资建议风险分析请务必参阅正文之后的重要声明 15 要点总结 LECO on PERC / TOPCon 效率增益0.14-0.37 /0.14-0.52 主要驱动力 Voc 提升 6-7mV 特色峰值烧结温度降低可以适配极低掺杂发射极使用LECO银浆可获得额外的Voc增益使激光烧结相对标准烧结更具竞争力作用机理和长期稳定性 LECO引发电流烧结接触在电池和组件层面都具有长期稳定的效率增益请务必参阅正文之后的重要声明 16 国内厂商推出相关产品图15TOPCon电池效率提升路线图资料来源拉普拉斯高温钝化接触电池技术路线分析及设备发展方向请务必参阅正文之后的重要声明 17 帝尔激光LIF 2023年8月14日，帝尔激光发布消息，联合业内客户开发的激光诱导烧结技术（Laser Induced Firing，简称“LIF”）在TOPCon电池上完成工艺验证。结果显示，LIF技术可以有效提升电池片的光电转换效率，增益在0.2 以上。 2023年9月13日，帝尔激光发布消息，收到来自多个头部客户的激光诱导烧结（LIF）设备量产订单和中标确认，累计产能已经突破100GW。图16帝尔激光激光诱导烧结技术（LIF）设备资料来源帝尔激光微信公众号请务必参阅正文之后的重要声明 18 英诺激光LSP 2023年9月13日，英诺激光发布消息，自主开发的电池栅线激光冲击强化技术（激光冲击强化，Laser Shock Peening，简称“LSP”）在客户端TOPCon电池工艺验证取得重大突破，提效达0.2以上。 LSP技术利用高强度激光脉冲在太阳能电池的正面进行冲击，修复部分缺陷，提高金属电极的部分机械性能，从而显着降低半导体和金属电极之间的接触电阻率。经过客户端的大量验证，LSP技术不仅仅可以改善 TOPCon电池正面的Ag-Si接触，提升TOPCon电池的开路电压和填充因子，而且还可以提高电池正面栅线的致密度和机械强度，整体提升TOPCon电池的性能。图17英诺激光激光冲击强化技术（LSP）设备资料来源英诺激光微信公众号请务必参阅正文之后的重要声明 19 海目星LAS 2023年9月14日，海目星激光发布消息，公司技术团队通过不断优化材料和工艺，推出激光辅助快速烧结技术（ Laser Assisted Rapid Sintering Technology，简称LAS），在TOPCon电池再次取得新进展。根据验证结果显示， LAS技术可以提高电池转换效率，增益在0.2以上。该技术通过激光辅助快速烧结对硅片正面的金属浆料进行处理，使硅片正面的浆料和硅片形成较好的欧姆接触。同时，利用荷电效应来优化栅线电极、改善接触电阻并实现高效率太阳能光伏电池的输出，从而显著提升TOPCon电池光电效率。图18海目星激光激光辅助快速烧结技术（LAS）设备资料来源海目星激光微信公众号请务必参阅正文之后的重要声明 20 大族光伏LOC LOC Laser Optimize Contact激光优化接触工艺，是大族光伏自主开发的针对TOPCon电池的提效工艺，使用特定高密度激光光斑对TOPCon电池表面进行加工，通过对栅极的特定处理，优化了电池的钝化性能及接触性能，提升了 TOPCon电池的开路电压及填充因子。经验证，激光优化接触工艺可使TOPCon电池光电转换效率提升达0.2及以上。图19大族光伏激光优化接触工艺（LOC）设备资料来源大族光伏微信公众号请务必参阅正文之后的重要声明 21 捷泰科技J-SE 2023年9月14日，捷泰科技举办2023 TOPCon电池金属化革命性技术线上发布会，发布J-SE新技术。通过控制浆料的侵蚀性，在保证接触的同时成功将电极烧结过程中的spike尺寸减小，钝化膜保留的更多，金属区的复合降低了60，与实验室实现的最低硼发射极区金属区复合持平。图20捷泰科技J-SE与非J-SE技术对比资料来源JT捷泰科技微信公众号请务必参阅正文之后的重要声明 22 投资建议激光辅助烧结，本质上是利用激光的高度能量集中和可控特性，将高温烧结过程中钝化层侵蚀和接触形成这两个关键步骤分开，从而达到对烧结过程的进一步精准调控。从原理上来看，激光形成的电流沿着低接触电阻路径传输，引发银硅互扩散，从而降低接触电阻；而整个烧结过程的持续时间与载流子寿命匹配，激光过后迅速停止，从而实现原有钝化层的最大限度保留，避免金属-硅基体直接接触引发的载流子复合。激光辅助烧结适用于所有高温型烧穿银浆的烧结过程，因此对PERC、TOPCon，甚至xBC电池均有应用潜力。对于TOPCon电池来说，由于正背面均使用了烧穿型浆料，激光辅助烧结的提效潜力比PERC电池更高。值得一提的是，由于激光辅助烧结可以精准控制烧结过程，使得TOPCon电池的背面薄poly化难度降低，从减少寄生吸收的角度打开了另一层提效空间。在材料配套方面，使用激光辅助烧结专用银浆可以获得额外的效率增益。随着激光辅助烧结技术的推广，率先推出量产型激光辅助烧结银浆的厂商有望取得更高市占率。从当前进度来看，头部激光设备厂家正在加速推出相关产品，但作用点多集中于电池正面。随着技术及经验的进一步积累，激光辅助烧结对TOPCon电池背面接触、poly硅厚度减薄的贡献仍有待挖掘。我们认为，激光辅助烧结充分发挥了激光的能量集中和可控优势，相比传统烧结具备明显优势，提效效果显著，是一项具备发展潜力的技术方向。建议关注相关激光设备厂家帝尔激光、英诺激光、海目星，国产银浆厂商帝科股份、聚和材料，TOPCon头部厂家钧达股份、晶科能源。请务必参阅正文之后的重要声明目录激光辅助烧结简介激光辅助烧结的实证效果与微观机理激光辅助烧结对浆料的影响 23 投资建议风险分析请务必参阅正文之后的重要声明 24 风险分析（1）政策风险“双碳”政策节奏发生变化，新能源上网电价政策发生变化；（2）技术风险TOPCon、HJT、IBC设备国产化、材料降本低于预期、效率提升进度低于预期；（3）市场风险投资过剩，产能过剩，导致格局恶化，新技术难以获得超额收益。电新环保研究团队殷中枢（首席分析师）执业证书编号S0930518040004 电话010-58452071 邮件yinzsebscn.com 郝骞执业证书编号S0930520050001 电话021-52523827 邮件haoqianebscn.com 黄帅斌执业证书编号S0930520080005 电话0755-23915357 邮件huangshuaibinebscn.com 吕昊（联系人）电话021-52523817 邮件lvhaoebscn.com 和霖执业证书编号 S0930523070006 电话021-52523853 邮件helinebscn.com 陈无忌执业证书编号 S0930522070001 电话021-52523693 邮件chenwujiebscn.com 请务必参阅正文之后的重要声明 26