光伏電池激光技術(shù)TOPCon激光應用分析

1、2TOPConTOPCon激激光光應用分析應用分析來源：捷佳偉創(chuàng)、拉普拉斯、 注：自動化包括在每個設備投資額之中1 1、TOPCon激光主要激光主要應應用于用于硼硼擴擴SESE環(huán)節(jié)環(huán)節(jié)TOPCon路線路線下，下，激激光主光主要要應用應用于于硼擴硼擴散散+SE環(huán)環(huán)節(jié)節(jié)。相較于傳統(tǒng)TOPCon的單純的硼擴散工藝，激光技術(shù)的應用可與其結(jié)合形成SE結(jié)果，從而助推轉(zhuǎn)換效率提升0.3%以上。海海目星中標目星中標晶晶科大科大單單彰顯彰顯激激光技光技術(shù)術(shù)在在TOPCon的的應用應用趨趨于成于成熟熟。2022年4月16日，海目星公告中標晶科 能源10.67億訂單，表明在當前TOPCon擴產(chǎn)超預期背景下，激光技術(shù)

2、亦通過下游客戶驗證。 圖圖表表1 1：T TOPOPC Conon單單GWGW投投資資額、額、設設備備占占比及比及競競爭爭格格局局硼擴硼擴散散+SE背面背面隧穿隧穿層層+多晶硅多晶硅+摻磷摻磷清洗制絨清洗制絨刻蝕刻蝕正背正背面面PE印刷印刷LP+磷擴磷擴+RCAPECVD+退火退火800萬2000-2500萬1200萬6000萬5000萬5500萬4500萬占比4占比10占比6占比25占比27.5占比22.5捷佳偉創(chuàng)擴散爐：拉普拉斯捷佳 偉創(chuàng)捷佳偉創(chuàng)拉普拉斯最為 成熟普樂、捷佳偉 創(chuàng)能夠提供產(chǎn) 品捷佳偉創(chuàng)最為 成熟金辰股份有布 局捷佳偉創(chuàng)絲網(wǎng)印刷： 邁為股份 捷佳偉創(chuàng)激光轉(zhuǎn)?。?帝爾激光擴擴散

3、散爐爐、激激光光設設備備等等激光：海目星帝爾 激光大族 激光3TOPConTOPCon激激光光應用分析應用分析2 2、原理分、原理分析析：何謂硼：何謂硼擴及擴及磷擴磷擴？ 擴散擴散的目的目的的是形是形成成P-N結(jié)結(jié)。本征硅中載流子數(shù)目極少，其導電性能很差。因此，實際應用的半導體是在純 硅中加入微量的雜質(zhì)元素后的材料，即摻硼的P型硅片以及摻磷的N型硅片。擴散的目的是在硅片基地上 擴散一層P型半導體或N型半導體從而在交界面形成PN結(jié)。 當陽光照在 PN 結(jié)上時，PN結(jié)吸收光能激發(fā)出電子和空穴，在內(nèi)建電場的受約力下推動帶有負電的電子向 N區(qū)流動，帶有正電的空穴向 P 區(qū)移動，從而使得 P 區(qū)電勢升高

4、，而 N 區(qū)電勢降低，P 區(qū)和 N 區(qū)之間則 會產(chǎn)生一個可測的電壓，即光生伏特效應。如果此時在 P區(qū)和 N 區(qū)分別焊接上導線，接通負載后外電路便 有電流通過，從而形成一個電子元件。圖圖表表2 2：P P型型硅硅片片（本征本征硅硅摻摻硼硼）圖圖表表3 3：光生伏特效應的基本原理光生伏特效應的基本原理來源：光伏混子說、單晶硅太陽能電池擴散工藝、背面刻蝕及鋁背場工藝研究、4TOPConTOPCon激激光光應用分析應用分析3 3、TOPCon擴硼工藝擴硼工藝的的難難點點 擴擴硼要硼要難難于于擴擴磷磷。盡管硼擴與磷擴工藝相似度極高，且設備均以擴散爐為主，但由于硼在硅中的固溶度較低，導致硼擴相較常規(guī)的磷擴

5、較難，實際硼擴散的溫度需要達到900-1100。 目前硼擴常見的硼源主要為三溴化硼（ BBr3 ）以及三氯化硼（BCl3）。其中，三溴化硼擴散 的副產(chǎn)物對石英器件損傷嚴重，部分廠商開始使用三氯化硼作為硼源，雖然三氯化硼的副產(chǎn) 物對石英器件基本無損傷，但受制于B-CL鍵能較大，擴散均勻性又略差于三溴化硼。圖圖表表4 4：硼硼與磷的與磷的固固溶度溶度對對比比圖圖表表5 5：硼擴技術(shù)路線對比硼擴技術(shù)路線對比來源：拉普拉斯、拉普拉斯、5TOPConTOPCon激激光光應用分析應用分析4 4、原理分析：原理分析：何何謂選謂選擇擇發(fā)射極發(fā)射極（ SE ）？）？ 選擇選擇發(fā)射發(fā)射極極指在金屬柵線與硅片接觸部

6、位及其附近進行高濃度摻雜，減少前金屬電極與 硅片的接觸電阻； 而在電極以外的區(qū)域進行低濃度摻雜，可以降低擴散層的復合。通過對發(fā)射極的優(yōu)化，增加太陽能電池的 輸出電流和電壓，從而增加光電轉(zhuǎn)化效率。 激光激光摻雜摻雜是是制制作作PERC的的SE工工藝主藝主流流方式方式。其實現(xiàn)方式是以磷擴后形成的磷硅玻璃（PSG）為摻雜源，在 金屬柵線區(qū)域進行激光掃描摻雜，形成N+的重摻雜區(qū)域，從而實現(xiàn)選擇發(fā)射極。這種工藝方式實現(xiàn)簡單， 僅需在傳統(tǒng)PERC工藝上增加一道工藝即可實現(xiàn)，能夠與傳統(tǒng)產(chǎn)線兼容，已成為PERC產(chǎn)線標配。圖圖表表6 6：SE SE 電電池池和和傳統(tǒng)傳統(tǒng)電電池池結(jié)結(jié)構(gòu)構(gòu)對對比比圖圖表表7 7：S

7、ESE工藝處于擴散及刻蝕工藝之間工藝處于擴散及刻蝕工藝之間來源：太陽能學報、拉普拉斯、 6 TOPConTOPCon激激光光應用分析應用分析5 5、TOPCon的的SE工藝難點工藝難點 TOPCon的的SE工工藝藝難難點主點主要要是硼是硼摻摻雜工雜工藝藝難度難度更更為復為復雜雜。根據(jù)前文所述，硼在硅的固溶度低于磷，摻雜難 度更高，在推進時需求更高的能量。因此當使用激光摻雜時（即與PERC的SE方式類似），需要采用功率 更高的激光器。 但激光但激光摻摻雜的雜的“火火候候”較較難難掌握掌握。如果激光功率過高，則容易在激光照射區(qū)域帶來絨面損傷，從而影響后 續(xù)的鈍化工藝；而如果功率過低，則推進時的能量

8、可能不足，激光難以將BSG（硼硅玻璃，與P型電池的磷 硅玻璃對應，此處為激光的摻雜源）的硼摻雜進入P+層，會導致金屬化重摻區(qū)域無法達到濃度要求。 圖圖表表8 8：T TOPOPC Conon硼硼擴擴S SE E過過程中程中容容易易產(chǎn)產(chǎn)生的生的兩兩種種鈍鈍化化層層燒燒穿穿來源：拉普拉斯、7TOPConTOPCon激激光光應用分析應用分析6 6、TOPCon的的SE工藝實工藝實現(xiàn)現(xiàn)路路徑徑 現(xiàn)有現(xiàn)有技術(shù)技術(shù)中中，制，制備備TOPCon硼擴硼擴SE結(jié)結(jié)構(gòu)構(gòu)電電池的池的方方法很法很多多，其，其核核心思心思路路均為均為如如何在何在減減少損少損傷傷的情的情況況下實下實現(xiàn)現(xiàn)高高濃濃度度的的重重摻摻硼硼區(qū)域區(qū)

9、域。我我們們基基于于國國家知家知識識產(chǎn)產(chǎn)權(quán)權(quán)局局相相關(guān)關(guān)專利專利的的分分析析，將將相相關(guān)工關(guān)工藝藝方方式式總總結(jié)結(jié)為為：離子注入法（無激光）；一次硼擴+激光摻雜；二次硼擴+激光摻雜；激光開膜+二次硼擴；激光開槽+硼漿印刷；濕法刻蝕+二次硼擴（無激光） 其中，離子注入定域摻雜法，需要昂貴的離子注入機，且硼離子注入技術(shù)困難，同時硼離子注入退火溫度 較高且易形成硼原子簇而成為復合中心，目前已基本不作為量產(chǎn)工藝的實現(xiàn)方式?；诖?，本文重點討論的五種SE工藝方式。8圖圖表表9 9：一一次硼次硼擴擴+ +激激光光摻摻雜雜工藝路工藝路徑徑圖圖表表1010：一次硼擴一次硼擴+ +激光摻雜結(jié)構(gòu)激光摻雜結(jié)構(gòu)來源：

10、國家知識產(chǎn)權(quán)局、國家知識產(chǎn)權(quán)局、TOPConTOPCon激激光光應用分析應用分析6 6、TOPCon的的SE工藝實工藝實現(xiàn)現(xiàn)路徑路徑：一次硼一次硼擴擴+激光激光摻雜摻雜 根據(jù)天合光能的發(fā)明專利（專利號為CN 110299422 A ），由于將BSG（硼硅玻璃）作為摻雜源時，激光摻 雜難以將BSG的硼源摻雜進入P+層，導致重摻雜區(qū)域的P+濃度不達標，天合提出先通過擴散爐推進高硼 表面濃度的P+層，但不進行氧化，以P+層作為激光摻雜源，再進行激光摻雜和氧化工藝，能夠在解決硼 摻濃度問題的同時，簡化選擇發(fā)射極的制備工藝流程。 一次硼擴+激光摻雜的工藝優(yōu)勢為工藝簡單，設備數(shù)量需求較低，僅通過擴散爐+激

11、光摻雜設備+清洗設備即 可完成。N型硅片制絨清洗硼擴散形成P+,但不氧化激光對柵線區(qū)進行摻雜推進清洗，回擴散爐氧化形成SE去背面BSG和P+,制備隧穿層等9來源：國家知識產(chǎn)權(quán)局、中泰證券研究所TOPConTOPCon激激光光應用分析應用分析6 6、TOPCon的的SE工藝實工藝實現(xiàn)現(xiàn)路徑路徑：二次硼二次硼擴擴+激光激光摻雜摻雜 根據(jù)晶科能源的發(fā)明專利（專利號為CN 111739794 A），其對硼擴散工藝進行了進一步改進，本質(zhì)上與天 合類似，即均采用了硼擴散沉積（而不推進）形成摻雜源，再結(jié)合激光摻雜工藝實現(xiàn)SE。相比于一次硼擴， 其第一次硼擴形成輕摻雜區(qū)域，第二次硼擴為后續(xù)激光摻雜提供足夠硼擴

12、散源，能夠減少一次硼擴帶來高 溫過程，有利于設備的穩(wěn)定和減少對絨面的損傷。 二次硼擴+激光摻雜對應的工藝時間會有所增長，反應在設備數(shù)量預計有所增長。 圖圖表表1111：二：二次次硼硼擴擴+ +激激光光摻摻雜具體雜具體工工藝形藝形式式硅片制絨清洗后放入擴散爐中，升至第一溫度，進行硼擴散沉積將溫度升至第二溫度（高于第一溫度），進行推結(jié)，將硼源推入硅片形成輕摻雜區(qū)域第二溫度降至第三溫度，進行第二次硼擴（由于低于第二溫度，因此不會推進到輕摻雜區(qū)域）以第二次硼擴沉積的部分作為硼擴散源，通過激光摻雜的方式，在金屬化 區(qū)域形成重摻雜，從而形成SE10圖圖表表1212：激激光光開開膜膜+ +二二次次硼硼擴工藝

13、擴工藝路路徑徑圖圖表表1313：激光開膜激光開膜+ +二次硼擴結(jié)構(gòu)二次硼擴結(jié)構(gòu)來源：國家知識產(chǎn)權(quán)局、國家知識產(chǎn)權(quán)局、TOPConTOPCon激激光光應用分析應用分析6 6、TOPCon的的SE工藝實工藝實現(xiàn)現(xiàn)路徑路徑：激光開激光開膜膜+二次二次硼擴硼擴 根據(jù)協(xié)鑫集成的發(fā)明專利（專利號為CN 110444631 A），其通過一次硼擴散形成輕摻雜，然 后對輕摻雜區(qū)域進行激光開膜，進而對開膜后的硅片進行二次硼擴散，從而形成重摻區(qū)。重摻 區(qū)不僅覆蓋輕摻區(qū)，同時對開膜區(qū)進行填充，從而在開膜區(qū)形成重摻雜，輕摻區(qū)形成輕摻雜， 從而形成選擇發(fā)射極。 激光開膜+二次硼擴對應的工藝時間會有所增長，反應在設備數(shù)量預

14、計有所增長。在具體設備類別上，反映為激光開膜設備及硼擴散設備。硅片制絨清洗后進行一次硼擴，形成輕摻雜區(qū)域?qū)p摻雜區(qū)域進行激光開膜對進行激光開膜后的硅片進行二 次硼擴，以形成重摻區(qū)。重摻區(qū) 覆蓋輕摻區(qū)，并填充開膜區(qū)輕摻區(qū)（上面覆蓋了少許重摻）重摻區(qū)（對開膜區(qū)進行填充）開膜區(qū)11TOPConTOPCon激激光光應用分析應用分析6 6、TOPCon的的SE工藝實工藝實現(xiàn)現(xiàn)路徑路徑：激光開激光開槽槽+硼漿硼漿印刷印刷 根據(jù)普樂新能源的發(fā)明專利（專利號為CN 113948374 A），其采用一次硼擴制作輕摻雜區(qū)域， 搭配激光開槽+硼漿印刷制作重摻雜區(qū)的方法，形成N型電池硼擴SE結(jié)構(gòu)。由于重摻雜區(qū)的激 光

15、開槽及硼漿印刷圖形與絲網(wǎng)印刷圖形一致，降低了金屬電極的接觸電阻；同時非印刷區(qū)域的 輕摻雜，提高了光線短波響應，從而提升轉(zhuǎn)換效率。 從設備端來看，不涉及二次擴散，工藝相對簡單，對應設備為擴散爐、激光開槽設備、絲網(wǎng)印刷設備。 圖圖表表1414：激：激光光開開槽槽+ +硼硼漿漿印印刷具體刷具體工工藝形藝形式式來源：國家知識產(chǎn)權(quán)局、中泰證券研究所硅片制絨清洗后放入擴散爐，擴散形成輕摻雜區(qū)域氮氣降溫出爐，并通過激光開槽對擴散后的硅片進行開槽（開槽圖形與后續(xù)電極圖形一致）在硅片正面對應電極的激光開槽位置印刷硼漿，并烘干；將印刷硼漿后的硅片送入退火爐管，在氮氣、氧氣氛圍下，進行高溫恒壓重摻雜推進及退火，從而

16、形成SE結(jié)構(gòu)12TOPConTOPCon激激光光應用分析應用分析6 6、TOPCon的的SE工藝實工藝實現(xiàn)現(xiàn)路徑路徑：濕法刻濕法刻蝕蝕+二次二次硼擴硼擴 根據(jù)晶科能源的發(fā)明專利（專利號為CN 110707178 A），其利用印刷含有HF的刻蝕漿料的方式，在N型硅 片硼擴面的電極柵線區(qū)域刻蝕掉BSG，得到刻蝕圖形，再進行二次硼擴散，在預設柵線區(qū)域因刻蝕去除 BSG使硅片暴露在外而形成重摻雜；而電極區(qū)域由于BSG的遮擋，形成輕摻雜，得到N型太陽能電池硼擴 SE結(jié)構(gòu)。預設柵線區(qū)域是用網(wǎng)版印刷刻蝕漿料，網(wǎng)版圖形與后期印刷電極網(wǎng)版柵線圖形一致；漿料覆蓋的 區(qū)域是后期電極柵線印刷的區(qū)域。 從工藝方式來看，

17、該種工藝未采用激光設備，主要采用絲網(wǎng)印刷、刻蝕設備以及擴散爐完成，操作相對簡 單，對絨面的損傷也更小。 圖圖表表1515：濕：濕法法刻刻蝕蝕+ +二二次次硼硼擴具體擴具體工工藝形藝形式式來源：國家知識產(chǎn)權(quán)局、中泰證券研究所硅片制絨清洗后放入擴散爐，一次硼擴形成輕摻雜區(qū)域印刷刻蝕漿料，利用網(wǎng)版印刷的方式在N型硅片表面預設柵線區(qū)域涂覆含有HF的刻蝕漿料；網(wǎng)版設計與電極印刷網(wǎng)版互補將與刻蝕漿料接觸的BSG和氧化層腐蝕去除，得到表面圖形化的硅片進行二次硼擴散，在預設柵線區(qū)域因刻蝕去除BSG使硅片暴露在外而形成重摻雜；而電極區(qū)域由于BSG的遮擋，形成輕摻雜，實現(xiàn)SE13TOPConTOPCon激激光光應

18、用分析應用分析7 7、投資策略、投資策略 基于基于設備設備招招標及標及付付款維款維度度，2022年年TOPCon擴擴產(chǎn)持產(chǎn)持續(xù)續(xù)超預超預期期。根據(jù)我們調(diào)研，目前TOPCon產(chǎn)業(yè)鏈招標規(guī) 模正迅速放量，預計2022年TOPCon將占據(jù)新技術(shù)風口。我們認為此次海目星中標晶科訂單對應的規(guī)?；?超過40GW（即根據(jù)產(chǎn)業(yè)鏈調(diào)研，單GW激光設備投資約2000萬元反推得出），亦印證了行業(yè)擴產(chǎn)正持續(xù)超 預期。 激光激光設備設備有有望充望充分分受受益益TOPCon擴擴產(chǎn)產(chǎn)進進程。程。相比于PERC，激光設備在TOPCon的單GW投資額出現(xiàn)明顯增 長，主要原因為硼擴+SE工藝難于磷擴+SE，隨著TOPCon的擴產(chǎn)不斷超預期，激光設備在光伏領域的市場 空間有望持續(xù)提升。建議重點關(guān)注海海目星、目星、帝帝爾激爾激光、光、大族激大族激光光。 圖圖表表1616：相：相關(guān)關(guān)標標的的盈利盈利預預測測來源：wind、中泰證券研究所 注：帝爾激光EPS來的wind一致預期代 碼公 司2022/4/17EPS（元 ）PE（倍 ）投 資 評 級投 資 評 級股 價 （ 元 ） 2020A 2021E 2022E 2023E 2020A 2021E 2022E 2023E688559.SH 海 目 星62.800.480.541.252.21130.83 1