BC电池每GWh节约3500万元！盛雄激光200W绿光皮秒让量产成本大幅下降
在光伏产业陷入寒冬之际，BC电池技术如同熊熊烈火点燃了晶硅电池技术纷争的热潮。日前，行业龙头隆基绿能自主研发的背接触晶硅异质结太阳电池，利用全激光图形化可量产制程工艺，成功获得27．09％的电池转换效率，刷新了单晶硅太阳能电池效率的世界纪录，进一步证明了BC电池技术的巨大潜力。
值得关注的是，尽管BC电池技术优势明显，但热制程镀膜和激光开膜图形化、后续清洗设备上的壁垒和高昂的设备投资成本仍是目前各大企业抉择投入大规模量产的难题，而激光图形化加工无疑是当前BC技术破局最关键的工艺，国内相应的激光设备厂商技术研发破局的积极性也因此水涨船高。其中，笔者关注到盛雄激光最新推出的200W绿光皮秒激光器，或将成为颠覆BC电池制造工艺的关键技术——大功率超快皮秒激光器对BC电池的开膜刻蚀更彻底，对后续清洗工艺要求更低、时间更短，对热制程镀膜工艺窗口参数更加包容。
激光器技术 BC电池量产成本的胜负之源
极为复杂的工艺流程是制约BC电池技术实现大规模应用的一大因素，而激光图形化加工技术则被视为破解这一困局、推动BC技术发展的关键所在。由于BC电池需要进行背面大面积图形化刻蚀处理，使PN结和金属接触能形成一定的排列和形状，这中间涉及三道极为重要的激光工序：P1、P2两道大光斑开膜，P3一道小光斑刻蚀。
这三道激光工序主要是利用激光在电池表面进行精细的刻划，形成特定的图案或结构。并且作为BC电池实现大规模量产的关键，也对激光设备提出了多项严格要求： ①要求激光器能实现超短激光脉冲和兆瓦级超高峰值功率。脉冲时间越短，能量越集中，热影响区越小，以此提高加工精度和分辨率，降低材料损伤。 ②确保光斑足够均匀，不均匀的光斑会导致加工出的电池性能不一致，如光电转换效率、填充因子等参数波动较大，降低了电池的稳定性和寿命。 ③在生产过程中确保产品高精度、高性能之余，产能的提升也是降本关键。 因此，市场对能够解决光斑小产能低、损伤限制提效等问题的单脉冲能量、高重频皮秒激光器的需求应运而生。 作为国家工信部第一批专精特新小巨人企业的盛雄激光，在近期投下一颗重磅炸弹，以200W绿光皮秒激光器为矛直指BC电池技术，真正意义上的实现了BC电池大面积图形化高效且低成本量产。 盛雄200W绿光皮秒激光 光斑均匀度接近理想状态 对于BC技术而言，高精度的激光刻蚀可以确保电极、栅线等结构的尺寸和位置精度，以提高电池的光电性能，其首要条件便是能实现均匀的光斑分布。 均匀度较高的光斑，可以减少材料损伤或后续处理步骤（如清洗、修复等）的需求和成本，提高电池寿命、可靠性。 从上图我们可以看到，盛雄激光自研的200W绿光皮秒激光器在高重频率加工状态下，近乎接近理想状态，效果极好。 但据笔者了解，BC电池每GW产线2－3道激光工艺所需设备总值高达将近7000万元，目前国内装载4台纳秒或皮秒绿光激光器的刻蚀设备最高产能只有4000pcs／h，P1、P2、P3三道工序每GWh需要10台设备，也就是说如果使用100W以内四头纳秒或皮秒绿光激光器设备进行加工，4000pcs／h的产能意味着每GWh总产能是40000pcs／h，高昂的成本如同枷锁无情地束缚着众多光伏电池企业迈向BC技术路线，成为量产之路上难以逾越的阻碍。 而降本的关键在于每台激光设备的每小时产能，每台激光设备的产能又在于具备高单脉冲能量和高重复频率的皮秒激光器。 因为在刻蚀 200－300 μm 线宽方形大光斑图形时，如果单脉冲能量低于 300 μJ 时，单位平方微米的能量密度不够，就去除不了膜层，常规激光器做大单脉冲能量都是靠降低激光器的重复频率来实现。 目前市场上常见激光器大都在 300Khz、300μJ、100W左右的功率区间的绿光皮秒激光器。如若激光器频率低了，扫描振镜在移动光束加工刻蚀图案时，如果想形成BC电池片复杂图形无缝连接的线形图案，必然会降低振镜扫描速度，这样加工产能效率就会降低。 因此，突破产能瓶颈就要在激光器功率上进行提升，才能实现高单脉冲能量和高重复频率的双技术突破。谁掌握了高功率激光器核心技术，谁就能在BC电池降本增效上发挥巨大的产业推动力。 绿光皮秒激光器是通过红外激光器二次倍频而来，如果要实现绿光皮秒激光器功率提升的技术瓶颈突破，源头在于要有稳定性好的300W以上的大功率红外皮秒激光器来作为倍频光源，目前市面上仅有盛雄激光能生产出300W－500W工业级的大功率红外皮秒激光器。 大力出奇迹 大单脉冲能量、高重复频率实现产能翻番 盛雄激光200W绿光皮秒激光器 摆脱三大工艺参数限制 一直以来，光伏电池开膜激光刻蚀对激光器的光束质量、指向性和DOE（光学衍射元件）匹配性都有严格的技术指标要求，但盛雄200W绿光皮秒激光器对客户的匹配适应性有所提升，容差增大，主要原因在于功率的提升，减少了对这三大参数的要求。 激光刻蚀对光束质量、指向性、DOE匹配性的要求 光束质量决定着刻蚀效果和加工分辨率，光束指向性决定着激光能量是否能准确地聚焦到目标区域。如果指向性不佳，会导致光斑均匀性变化，降低刻蚀效果和加工精度。因此，在激光刻蚀过程中，需要对光束指向性进行控制和调整。在批量生产时，就需要人工不断干预，去调整光路，无疑大大提高了人力成本。 而DOE镜片（光学衍射元件）在激光刻蚀中起到光束整形的作用，一旦DOE的匹配性不良，便会导致光斑形状失真、能量分布不均匀等问题。因此，在选择DOE时，需要选择与激光器光束匹配的型号，并进行必要的校准。 盛雄200W绿光皮秒激光摆脱三大参数限制 即便光斑质量差、指向性不佳，DOE匹配度不高，盛雄的200W绿光皮秒激光器仍然能够稳定运行，对单个光斑和指向性没有严格要求，对DOE的匹配性也不强求，对此盛雄激光也做出了分析。 用同一200W绿光皮秒激光器对某些BC电池加工，在与不同状态的DOE配合下，单光斑效果不论优劣，在高重频加工下，效果近乎一致，均为优良。这使得规模化稳定量产变得更加容易实现，单位平方微米需要足够强的能量才能有效地去除材料，随着频率的增加和平均功率的提升，加工效果更为干净彻底。 200w绿光皮秒激光器对DOE状态要求对比图 在实际加工过程中，早期市面上推出的60W纳秒绿光激光器受限于频率不高，其加工速度仅能达到30000mm／s左右，随后市面上又推出了100W绿光皮秒激光器，即便功率和频率均有所提升，但最终的加工效率也仅仅略高于60W纳秒绿光激光器。而盛雄激光的200W绿光皮秒激光器在满足较大单脉冲能量的同时，具备较高的频率，扫描速度可达70000mm／s，同时还有足够的功率余量。这种跨越式的效率提升，才能真正意义上推动BC电池进入大规模量产的时代。 综合以上几项数据表明，盛雄200W绿光皮秒激光器有着两大优点： ①高功率（200W）：有效提高加工效率。 ②高重频：相对减小对于单光斑均匀性的要求，扩大工艺参数区间，提高量产稳定性。 兼容所有PREC电池激光设备改造升级 实现高效稳定运行 盛雄激光推出的200W绿光皮秒激光器有着极高的匹配性。此前，激光器能够稳定地与这台设备搭配使用，但更换另一台设备后，激光器的运行稳定性却无法保证。而现在200W绿光皮秒激光器出来以后，对于设备的兼容性极高，基本上只需要更换激光器保留原设备仍然能维持稳定运行，还能实现效率翻番，对于企业来说，这无疑是降本增效的利器。 此外，盛雄激光200W绿光皮秒激光器也可以通用于原客户已购买的PREC电池激光开膜和SE掺杂设备进行升级改造，可以实现新BC电池P1、P2、P3激光开膜，让企业原来的固定资产投资可以继续变现，为企业减少投资，提高资产综合利用率。 200W绿光皮秒高效助推 BC电池量产成本大幅下降 双头堪比四头产能，BC电池每GWh节约3500万元！ 据了解，目前国内装载4台纳秒激光器的刻蚀设备产能大概有4000pcs／h，现阶段众多光伏电池企业所用设备搭载的激光器多为进口100W绿光皮秒激光器，双线四头激光器设备的产能大概有4000～4200pcs／h。而装载盛雄200W绿光皮秒激光器的双线四头刻蚀设备产能有8800pcs／h，相比之下提升了50％，可以说有着质的飞跃。 前文有提到，每GWh需要10台设备，如果使用四头纳秒绿光激光器设备进行加工，4000pcs／h的产能意味着每GWh总产能是40000pcs／h。当使用双线四头200W绿光皮秒激光设备时，8000pcs／h的产能要完成40000pcs／h的任务，仅需5台设备即可，以每GWh需要7000万投资而言，现在成本能节约近3500万，肉眼可见地为企业最大程度降低了加工成本。 展望——超快激光器的未来 目前看来，在BC电池技术领域，200W绿光皮秒激光的解决方案将会逐步成为市场主流，经市场验证后将高效助力光伏企业BC电池实现大面积图形化量产。同时，200W绿光皮秒激光不仅帮助BC电池技术实现突破，在钙钛矿产业中也大有可为，未来或将推动钙钛矿电池进一步突破效率瓶颈，引领光伏行业革新。 近年来，盛雄激光作为工业超快激光器领域的技术领导者，其皮秒激光器的功率区间包含： 盛雄激光独占国内市场鳌头，现已全部实现进口替代，在高功率激光器上实现技术超越，年产量更是高达1000台。经过近两年的设备开发及与重点客户的工艺合作试用，在光伏电池和锂电电池两大领域屡获突破，为两大行业不断带来创新价值。盛雄激光对外开放单独销售激光器及激光加工工艺技术输出与合作，竭诚欢迎行业内专业自动化设备厂商及激光设备厂商垂临合作。相信在盛雄激光的引领下，工业超快激光器将持续突破，为终端用户带来更多的惊喜与收获。
