BC電池每GWh節(jié)約3500萬元！盛雄激光200W綠光皮秒讓量產(chǎn)成本大幅下降
在光伏產(chǎn)業(yè)陷入寒冬之際，BC電池技術(shù)如同熊熊烈火點(diǎn)燃了晶硅電池技術(shù)紛爭(zhēng)的熱潮。日前，行業(yè)龍頭隆基綠能自主研發(fā)的背接觸晶硅異質(zhì)結(jié)太陽電池，利用全激光圖形化可量產(chǎn)制程工藝，成功獲得27．09％的電池轉(zhuǎn)換效率，刷新了單晶硅太陽能電池效率的世界紀(jì)錄，進(jìn)一步證明了BC電池技術(shù)的巨大潛力。
值得關(guān)注的是，盡管BC電池技術(shù)優(yōu)勢(shì)明顯，但熱制程鍍膜和激光開膜圖形化、后續(xù)清洗設(shè)備上的壁壘和高昂的設(shè)備投資成本仍是目前各大企業(yè)抉擇投入大規(guī)模量產(chǎn)的難題，而激光圖形化加工無疑是當(dāng)前BC技術(shù)破局最關(guān)鍵的工藝，國(guó)內(nèi)相應(yīng)的激光設(shè)備廠商技術(shù)研發(fā)破局的積極性也因此水漲船高。其中，筆者關(guān)注到盛雄激光最新推出的200W綠光皮秒激光器，或?qū)⒊蔀轭嵏睟C電池制造工藝的關(guān)鍵技術(shù)——大功率超快皮秒激光器對(duì)BC電池的開膜刻蝕更徹底，對(duì)后續(xù)清洗工藝要求更低、時(shí)間更短，對(duì)熱制程鍍膜工藝窗口參數(shù)更加包容。
激光器技術(shù)
BC電池量產(chǎn)成本的勝負(fù)之源
極為復(fù)雜的工藝流程是制約BC電池技術(shù)實(shí)現(xiàn)大規(guī)模應(yīng)用的一大因素，而激光圖形化加工技術(shù)則被視為破解這一困局、推動(dòng)BC技術(shù)發(fā)展的關(guān)鍵所在。由于BC電池需要進(jìn)行背面大面積圖形化刻蝕處理，使PN結(jié)和金屬接觸能形成一定的排列和形狀，這中間涉及三道極為重要的激光工序：P1、P2兩道大光斑開膜，P3一道小光斑刻蝕。
這三道激光工序主要是利用激光在電池表面進(jìn)行精細(xì)的刻劃，形成特定的圖案或結(jié)構(gòu)。并且作為BC電池實(shí)現(xiàn)大規(guī)模量產(chǎn)的關(guān)鍵，也對(duì)激光設(shè)備提出了多項(xiàng)嚴(yán)格要求：
①要求激光器能實(shí)現(xiàn)超短激光脈沖和兆瓦級(jí)超高峰值功率。脈沖時(shí)間越短，能量越集中，熱影響區(qū)越小，以此提高加工精度和分辨率，降低材料損傷。
②確保光斑足夠均勻，不均勻的光斑會(huì)導(dǎo)致加工出的電池性能不一致，如光電轉(zhuǎn)換效率、填充因子等參數(shù)波動(dòng)較大，降低了電池的穩(wěn)定性和壽命。
③在生產(chǎn)過程中確保產(chǎn)品高精度、高性能之余，產(chǎn)能的提升也是降本關(guān)鍵。
因此，市場(chǎng)對(duì)能夠解決光斑小產(chǎn)能低、損傷限制提效等問題的單脈沖能量、高重頻皮秒激光器的需求應(yīng)運(yùn)而生。
作為國(guó)家工信部第一批專精特新小巨人企業(yè)的盛雄激光，在近期投下一顆重磅炸彈，以200W綠光皮秒激光器為矛直指BC電池技術(shù)，真正意義上的實(shí)現(xiàn)了BC電池大面積圖形化高效且低成本量產(chǎn)。
盛雄200W綠光皮秒激光
光斑均勻度接近理想狀態(tài)
對(duì)于BC技術(shù)而言，高精度的激光刻蝕可以確保電極、柵線等結(jié)構(gòu)的尺寸和位置精度，以提高電池的光電性能，其首要條件便是能實(shí)現(xiàn)均勻的光斑分布。
均勻度較高的光斑，可以減少材料損傷或后續(xù)處理步驟（如清洗、修復(fù)等）的需求和成本，提高電池壽命、可靠性。
從上圖我們可以看到，盛雄激光自研的200W綠光皮秒激光器在高重頻率加工狀態(tài)下，近乎接近理想狀態(tài)，效果極好。
但據(jù)筆者了解，BC電池每GW產(chǎn)線2－3道激光工藝所需設(shè)備總值高達(dá)將近7000萬元，目前國(guó)內(nèi)裝載4臺(tái)納秒或皮秒綠光激光器的刻蝕設(shè)備最高產(chǎn)能只有4000pcs／h，P1、P2、P3三道工序每GWh需要10臺(tái)設(shè)備，也就是說如果使用100W以內(nèi)四頭納秒或皮秒綠光激光器設(shè)備進(jìn)行加工，4000pcs／h的產(chǎn)能意味著每GWh總產(chǎn)能是40000pcs／h，高昂的成本如同枷鎖無情地束縛著眾多光伏電池企業(yè)邁向BC技術(shù)路線，成為量產(chǎn)之路上難以逾越的阻礙。
而降本的關(guān)鍵在于每臺(tái)激光設(shè)備的每小時(shí)產(chǎn)能，每臺(tái)激光設(shè)備的產(chǎn)能又在于具備高單脈沖能量和高重復(fù)頻率的皮秒激光器。
因?yàn)樵诳涛g 200－300 μm 線寬方形大光斑圖形時(shí)，如果單脈沖能量低于 300 μJ 時(shí)，單位平方微米的能量密度不夠，就去除不了膜層，常規(guī)激光器做大單脈沖能量都是靠降低激光器的重復(fù)頻率來實(shí)現(xiàn)。
目前市場(chǎng)上常見激光器大都在 300Khz、300μJ、100W左右的功率區(qū)間的綠光皮秒激光器。如若激光器頻率低了，掃描振鏡在移動(dòng)光束加工刻蝕圖案時(shí)，如果想形成BC電池片復(fù)雜圖形無縫連接的線形圖案，必然會(huì)降低振鏡掃描速度，這樣加工產(chǎn)能效率就會(huì)降低。
因此，突破產(chǎn)能瓶頸就要在激光器功率上進(jìn)行提升，才能實(shí)現(xiàn)高單脈沖能量和高重復(fù)頻率的雙技術(shù)突破。誰掌握了高功率激光器核心技術(shù)，誰就能在BC電池降本增效上發(fā)揮巨大的產(chǎn)業(yè)推動(dòng)力。
綠光皮秒激光器是通過紅外激光器二次倍頻而來，如果要實(shí)現(xiàn)綠光皮秒激光器功率提升的技術(shù)瓶頸突破，源頭在于要有穩(wěn)定性好的300W以上的大功率紅外皮秒激光器來作為倍頻光源，目前市面上僅有盛雄激光能生產(chǎn)出300W－500W工業(yè)級(jí)的大功率紅外皮秒激光器。
大力出奇跡
大單脈沖能量、高重復(fù)頻率實(shí)現(xiàn)產(chǎn)能翻番
盛雄激光200W綠光皮秒激光器
擺脫三大工藝參數(shù)限制
一直以來，光伏電池開膜激光刻蝕對(duì)激光器的光束質(zhì)量、指向性和DOE（光學(xué)衍射元件）匹配性都有嚴(yán)格的技術(shù)指標(biāo)要求，但盛雄200W綠光皮秒激光器對(duì)客戶的匹配適應(yīng)性有所提升，容差增大，主要原因在于功率的提升，減少了對(duì)這三大參數(shù)的要求。
激光刻蝕對(duì)光束質(zhì)量、指向性、DOE匹配性的要求
光束質(zhì)量決定著刻蝕效果和加工分辨率，光束指向性決定著激光能量是否能準(zhǔn)確地聚焦到目標(biāo)區(qū)域。如果指向性不佳，會(huì)導(dǎo)致光斑均勻性變化，降低刻蝕效果和加工精度。因此，在激光刻蝕過程中，需要對(duì)光束指向性進(jìn)行控制和調(diào)整。在批量生產(chǎn)時(shí)，就需要人工不斷干預(yù)，去調(diào)整光路，無疑大大提高了人力成本。
而DOE鏡片（光學(xué)衍射元件）在激光刻蝕中起到光束整形的作用，一旦DOE的匹配性不良，便會(huì)導(dǎo)致光斑形狀失真、能量分布不均勻等問題。因此，在選擇DOE時(shí)，需要選擇與激光器光束匹配的型號(hào)，并進(jìn)行必要的校準(zhǔn)。
盛雄200W綠光皮秒激光擺脫三大參數(shù)限制
即便光斑質(zhì)量差、指向性不佳，DOE匹配度不高，盛雄的200W綠光皮秒激光器仍然能夠穩(wěn)定運(yùn)行，對(duì)單個(gè)光斑和指向性沒有嚴(yán)格要求，對(duì)DOE的匹配性也不強(qiáng)求，對(duì)此盛雄激光也做出了分析。
用同一200W綠光皮秒激光器對(duì)某些BC電池加工，在與不同狀態(tài)的DOE配合下，單光斑效果不論優(yōu)劣，在高重頻加工下，效果近乎一致，均為優(yōu)良。這使得規(guī)?；€(wěn)定量產(chǎn)變得更加容易實(shí)現(xiàn)，單位平方微米需要足夠強(qiáng)的能量才能有效地去除材料，隨著頻率的增加和平均功率的提升，加工效果更為干凈徹底。
200w綠光皮秒激光器對(duì)DOE狀態(tài)要求對(duì)比圖
在實(shí)際加工過程中，早期市面上推出的60W納秒綠光激光器受限于頻率不高，其加工速度僅能達(dá)到30000mm／s左右，隨后市面上又推出了100W綠光皮秒激光器，即便功率和頻率均有所提升，但最終的加工效率也僅僅略高于60W納秒綠光激光器。而盛雄激光的200W綠光皮秒激光器在滿足較大單脈沖能量的同時(shí)，具備較高的頻率，掃描速度可達(dá)70000mm／s，同時(shí)還有足夠的功率余量。這種跨越式的效率提升，才能真正意義上推動(dòng)BC電池進(jìn)入大規(guī)模量產(chǎn)的時(shí)代。
綜合以上幾項(xiàng)數(shù)據(jù)表明，盛雄200W綠光皮秒激光器有著兩大優(yōu)點(diǎn)：
①高功率（200W）：有效提高加工效率。
②高重頻：相對(duì)減小對(duì)于單光斑均勻性的要求，擴(kuò)大工藝參數(shù)區(qū)間，提高量產(chǎn)穩(wěn)定性。
兼容所有PREC電池激光設(shè)備改造升級(jí)
實(shí)現(xiàn)高效穩(wěn)定運(yùn)行
盛雄激光推出的200W綠光皮秒激光器有著極高的匹配性。此前，激光器能夠穩(wěn)定地與這臺(tái)設(shè)備搭配使用，但更換另一臺(tái)設(shè)備后，激光器的運(yùn)行穩(wěn)定性卻無法保證。而現(xiàn)在200W綠光皮秒激光器出來以后，對(duì)于設(shè)備的兼容性極高，基本上只需要更換激光器保留原設(shè)備仍然能維持穩(wěn)定運(yùn)行，還能實(shí)現(xiàn)效率翻番，對(duì)于企業(yè)來說，這無疑是降本增效的利器。
此外，盛雄激光200W綠光皮秒激光器也可以通用于原客戶已購買的PREC電池激光開膜和SE摻雜設(shè)備進(jìn)行升級(jí)改造，可以實(shí)現(xiàn)新BC電池P1、P2、P3激光開膜，讓企業(yè)原來的固定資產(chǎn)投資可以繼續(xù)變現(xiàn)，為企業(yè)減少投資，提高資產(chǎn)綜合利用率。
200W綠光皮秒高效助推
BC電池量產(chǎn)成本大幅下降
雙頭堪比四頭產(chǎn)能，BC電池每GWh節(jié)約3500萬元！
據(jù)了解，目前國(guó)內(nèi)裝載4臺(tái)納秒激光器的刻蝕設(shè)備產(chǎn)能大概有4000pcs／h，現(xiàn)階段眾多光伏電池企業(yè)所用設(shè)備搭載的激光器多為進(jìn)口100W綠光皮秒激光器，雙線四頭激光器設(shè)備的產(chǎn)能大概有4000～4200pcs／h。而裝載盛雄200W綠光皮秒激光器的雙線四頭刻蝕設(shè)備產(chǎn)能有8800pcs／h，相比之下提升了50％，可以說有著質(zhì)的飛躍。
前文有提到，每GWh需要10臺(tái)設(shè)備，如果使用四頭納秒綠光激光器設(shè)備進(jìn)行加工，4000pcs／h的產(chǎn)能意味著每GWh總產(chǎn)能是40000pcs／h。當(dāng)使用雙線四頭200W綠光皮秒激光設(shè)備時(shí)，8000pcs／h的產(chǎn)能要完成40000pcs／h的任務(wù)，僅需5臺(tái)設(shè)備即可，以每GWh需要7000萬投資而言，現(xiàn)在成本能節(jié)約近3500萬，肉眼可見地為企業(yè)最大程度降低了加工成本。
展望——超快激光器的未來
目前看來，在BC電池技術(shù)領(lǐng)域，200W綠光皮秒激光的解決方案將會(huì)逐步成為市場(chǎng)主流，經(jīng)市場(chǎng)驗(yàn)證后將高效助力光伏企業(yè)BC電池實(shí)現(xiàn)大面積圖形化量產(chǎn)。同時(shí)，200W綠光皮秒激光不僅幫助BC電池技術(shù)實(shí)現(xiàn)突破，在鈣鈦礦產(chǎn)業(yè)中也大有可為，未來或?qū)⑼苿?dòng)鈣鈦礦電池進(jìn)一步突破效率瓶頸，引領(lǐng)光伏行業(yè)革新。
近年來，盛雄激光作為工業(yè)超快激光器領(lǐng)域的技術(shù)領(lǐng)導(dǎo)者，其皮秒激光器的功率區(qū)間包含：
盛雄激光獨(dú)占國(guó)內(nèi)市場(chǎng)鰲頭，現(xiàn)已全部實(shí)現(xiàn)進(jìn)口替代，在高功率激光器上實(shí)現(xiàn)技術(shù)超越，年產(chǎn)量更是高達(dá)1000臺(tái)。經(jīng)過近兩年的設(shè)備開發(fā)及與重點(diǎn)客戶的工藝合作試用，在光伏電池和鋰電電池兩大領(lǐng)域?qū)耀@突破，為兩大行業(yè)不斷帶來創(chuàng)新價(jià)值。盛雄激光對(duì)外開放單獨(dú)銷售激光器及激光加工工藝技術(shù)輸出與合作，竭誠歡迎行業(yè)內(nèi)專業(yè)自動(dòng)化設(shè)備廠商及激光設(shè)備廠商垂臨合作。相信在盛雄激光的引領(lǐng)下，工業(yè)超快激光器將持續(xù)突破，為終端用戶帶來更多的驚喜與收獲。