未來可期！鈣鈦礦太陽能電池激光工藝介紹以及市場展望

在光伏組件加工領(lǐng)域，由于激光技術(shù)具有快速、非接觸、高精度、波長具有選擇性、高度自動(dòng)化以及經(jīng)濟(jì)上的適用性等優(yōu)點(diǎn)，其越來越廣泛地在該領(lǐng)域應(yīng)用。

鈣鈦礦電池用激光設(shè)備

激光器一般包括增益介質(zhì)、泵浦源和諧振腔三個(gè)部分。激光產(chǎn)生的具體過程為：泵浦源產(chǎn)生激勵(lì)能量，諧振腔中的增益物質(zhì)接收到激勵(lì)能量，原子發(fā)生躍遷到高能量狀態(tài)，遇到外來特定頻率光子，會釋放相同光子，釋放的光子會使得更多原子產(chǎn)生光子，這個(gè)過程就是受激輻射，產(chǎn)生的光就是激光。

目前要實(shí)現(xiàn)鈣鈦礦電泵浦激光，首先需要實(shí)現(xiàn)鈣鈦礦材料在連續(xù)光泵浦下的激光輸出。鈣鈦礦 CW 光泵浦激光的實(shí)現(xiàn)，驗(yàn)證了該材料具有維持激光輸出所需的極高光增益的能力。不過，同樣暴露出了以高非輻射復(fù)合損耗、大的熱效應(yīng)為主的限制激光器件運(yùn)轉(zhuǎn)的問題。這些問題在電泵浦激光中變得更為嚴(yán)重。

鈣鈦礦表面存在大量的缺陷，通過引入合適的鈍化劑可有效削弱缺陷輔助的單分子復(fù)合。為了抑制鈣鈦礦中的俄歇復(fù)合損耗，可以通過摻雜重金屬元素提升自旋-軌道耦合導(dǎo)致的分裂能，以降低由自旋-軌道耦合分裂誘發(fā)的俄歇復(fù)合，亦可利用組分工程獲得更緊密的鈣鈦礦晶格結(jié)構(gòu)，以弱化 Rashba 能帶分裂，從而降低由此引發(fā)的俄歇復(fù)合。

鈣鈦礦電池激光工藝

光伏電池面積增大時(shí)，器件效率減小，這種效率損失趨勢是任何類型太陽能電池都無法避免的。透明電極的電阻導(dǎo)致整體器件串聯(lián)電阻隨面積增加而線性增加。因此，鈣鈦礦電池要符合產(chǎn)業(yè)化需求，向大面積高效率發(fā)展，必須合理設(shè)計(jì)組件結(jié)構(gòu)，減少串聯(lián)電阻的影響。激光工序是保證鈣鈦礦組件大面積效率的必要步驟。通過激光將組件內(nèi)部劃分成各獨(dú)立的子電池，并以串聯(lián)的方式制作成模塊。在組件制造流程中，一共要進(jìn)行 4 道激光，其中三次（P1-3）劃線步驟實(shí)現(xiàn)子電池的分割和連接，最后一次(P4)為邊緣整型，也叫清邊。?

鈣鈦礦電池制備工藝中的激光工藝:

P1 工藝:通過激光設(shè)備分割底部的 TCO 襯底。在導(dǎo)電玻璃電極 TCO 層制備完成后，在制備空穴傳輸層、鈣鈦礦層和電子傳輸層之 前通過激光設(shè)備進(jìn)行劃線，形成相互獨(dú)立的 TCO 襯底。激光劃線 P2 工藝:劃開空穴傳輸層、鈣鈦礦層和電子傳輸層;

P2 工藝:目的是露出 TCO 襯底，為連接相鄰兩節(jié)子電池的正負(fù)電極提供通道。完成空穴傳輸層、鈣鈦礦層和電子傳輸層制備之后，通過激光設(shè)備刻蝕 空穴傳輸層、鈣鈦礦層和電子傳輸層，暴露出 TCO 層，從而在下一步電極蒸鍍過程中能夠讓子電池之間的正負(fù)極相互連接,

P3 工藝:去除部分功能層以分割相鄰子電池的正極。P3 工藝需要在蒸鍍完電極后進(jìn)行，本道工藝使用激光設(shè)備刻蝕部分電極，從而將子電池之間分離開為了保證不損傷 P2 層，本道工藝對激光設(shè)備加工精度要求較高。

激光清邊 P4 工藝:封裝前的清理工藝。激光清邊是指利用激光技術(shù)清 除掉電池邊緣的沉積膜，而本工藝相對較為成熟，同樣可以應(yīng)用于薄膜電池。過往技術(shù)難點(diǎn)在于采用近紅外激光進(jìn)行一次清邊，即一次性去除所有功能層的待去除邊緣，該方法的效率較高但是會產(chǎn)生膜層側(cè)邊互熔 問題，從而導(dǎo)致短路，影響電池的效率和可靠性。業(yè)內(nèi)已研發(fā)出兩次清 邊法分別切除前電極和背電極的待去除邊緣，避免互熔問題。

激光設(shè)備市場大有可為

激光設(shè)備在鈣鈦礦產(chǎn)線中的價(jià)值量占比約 20%。鈣鈦礦對激光刻蝕有更高的精度要求。碲化鎘和銅銦鎵硒薄膜電池為例，對激光刻蝕的精度要求分別為 3-5 微米和 2 微米，但鈣鈦礦則需要 0.3-0.5 微米精度的激光設(shè)備，薄膜電池的激光刻蝕設(shè)備無法直接應(yīng)用于鈣鈦礦電池生產(chǎn)，目前激光設(shè)備廠商正在與鈣鈦礦生產(chǎn)商合作開發(fā)激光設(shè)備。

鈣鈦礦光伏產(chǎn)線激光設(shè)備價(jià)值量約為1億元/GW。百兆瓦級別鈣鈦礦光伏產(chǎn)線中激光設(shè)備價(jià)值量約為 1000萬元，鈣鈦礦產(chǎn)能提升將提高激光設(shè)備保持同一精度的難度，同時(shí)生產(chǎn)商的經(jīng)驗(yàn)將隨著激光設(shè)備出貨量的提升而改善，國泰君安證券預(yù)計(jì)在這兩個(gè)因素的共同影響下 GW 級產(chǎn)線的激光設(shè)備價(jià)值量約為1億元/GW。

基于當(dāng)前企業(yè)的產(chǎn)能規(guī)劃，中金公司預(yù)計(jì)2026年鈣鈦礦電池國內(nèi)總產(chǎn)能突破25GW，預(yù)計(jì)鈣鈦礦電池制造行業(yè)、設(shè)備行業(yè)2026年產(chǎn)值有望分別突破400億元、100億元。激光設(shè)備作為標(biāo)準(zhǔn)配置，將伴隨鈣鈦礦產(chǎn)能快速擴(kuò)張同步放量。激光劃線和清邊設(shè)備已成為鈣鈦礦的標(biāo)準(zhǔn)配備，考慮到:（1)新增鈣鈦礦產(chǎn)能持續(xù)增加（2)未來鈣鈦礦單位投資額有望隨著工藝成熟而逐漸下降。（3)鈣鈦礦激光設(shè)備已趨于成熟，未來將隨鈣鈦礦產(chǎn)線投資額下降，預(yù)計(jì)其將在鈣鈦礦設(shè)備投資額中保持20%的占比。基于以上假設(shè)，預(yù)計(jì)國內(nèi)新增激光設(shè)備市場規(guī)模將持續(xù)擴(kuò)大。

2024（第二屆）鈣鈦礦材料與器件產(chǎn)業(yè)發(fā)展論壇將于2024年5月26-28日于江蘇蘇州舉辦，屆時(shí)將有鈣鈦礦龍頭企業(yè)、傳統(tǒng)光伏大廠、知名設(shè)備廠商、材料供應(yīng)廠商等齊聚蘇州，共同探討鈣鈦礦光伏電池放大生產(chǎn)中激光工藝難點(diǎn)與技術(shù)進(jìn)步，推動(dòng)鈣鈦礦產(chǎn)業(yè)化。

部分素材來源：國金證券、民生證券

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