激光加工是利用光束的高能量与材料发生作用,并瞬间把材料气化或改变性质达到预期制造效果,是一种较为新兴的非接触式加工方式,在我国也就是近20年逐渐被推广应用。激光发生器由于有不同的类型、不同的脉宽、波长,适用性较广以及场景较多,时至今日,激光加工的利用率远没有被充分挖掘。
激光加工主要包括打标、切割、焊接、熔覆、清洗等工艺,目前国内工业激光主要的应用份额是在金属切割、焊接,属于一种粗加工的方式,对工件精度的要求并没有非常高,设备的通用性很强,所以容易形成批量规模。HTH登陆入口网页 的另一方面是精密加工,由于其大多数是定制加工,设备也要根据材料的性质而定,有时是晶圆、有时是玻璃、PCB板,又或者是薄膜或者合成材料,产品小而精,激光工艺开发与试样周期长,所以精密激光加工难以批量生产。以去年我国大约500亿元的工业激光设备规模,其中近80%是属于激光粗加工的,精密激光加工仅占了20%左右。
在这20%精密激光加工里面,又包含了手机部件加工、显示屏或者OLED切割、玻璃切割等行业应用,这里值得注意的是太阳能电池上的激光加工,近几年正快速得到推广。
太阳能电池激光加工需求放量
近日,海目星发布公告称将于江苏成立光伏科技子公司,无独有偶,英诺激光也宣告扩建常州子公司以支持光伏业务发展。锐科表示,公司产品已应用于光伏切割设备上。大族早就在2018年成立了大族光伏装备公司。可见,激光行业头部企业纷纷布局光伏产品市场了。
实际上,激光企业布局太阳能电池的工艺与设备早已有之,在2010年左右就有苏州德龙、武汉三工等企业推出激光划片机,但是当时并没有得到规模化推广应用,然后一些企业也逐渐退出了这一市场。太阳能电池再次引起激光行业人士注意的,是在六七年前,武汉帝尔激光在太阳能电池这一赛道上连番突破,年均翻倍增长的业绩成为行业黑马,帝尔激光以PERC电池应用的激光开槽设备快速进军了太阳能电池行业。
前几年,提起新能源行业,人们想到的都是锂电/电动汽车,其实太阳能也属于新能源一块,一些企业及早布局太阳能的,现在已经尝到回报:
海目星于2022年推出包括 TOPCon 一次掺杂设备等光伏激光及自动化设备,于今年量产,设备订单已超4亿元。
英诺公司的TOPCon激光SE直掺设备在提效、产能、碎片率等多项关键指标上获得多家重要客户的认可,2023年里累计签约近20GW。
大族光伏设备公司上半年实现营业收入0.98亿元,同比增长46.96%,是大族激光同比涨幅最高的细分业务。目前,光伏设备业务还有在手订单4.3亿元。
进入2023年,在工业经济增长疲软,激光行业加剧内卷的情况下,太阳能电池的激光加工设备需求逐步放量,成为一大增长亮点。
太阳能电池产业发展的起伏
这一市场需求变化,其实也是跟随国内太阳能电池技术的发展,对应要求特殊的技术工艺,才带动激光企业开发相应的设备产品。
太阳能电池原本属于欧美主导的高科技产品,他们在材料、生产设备、工艺与专利等都占据主导。中国在政府引导下快速发展太阳能电池,产业规模壮大并出口欧、美、澳大利亚等国家,但至2012年以前都是“来料加工”,组装组件或者成品销售。
2012年,美国与欧盟对我国太阳能电池发起反倾销与反补贴调查,导致我国太阳能产业遭受重挫,包括当时全球四大太阳能电池巨头之一的无锡尚德破产重整。
此后,国内太阳能产业经历洗牌调整,企业纷纷加大自主研发,逐渐建立了核心技术和产业链、供应链。太阳能产业用了近5年时间走出了阴霾,在2016年再次起势。在这期间,国家一直没有放弃太阳能,而是持续扶持并推广太阳能发电并网的应用,这给了太阳能行业再次腾飞的机会。
如今,国内的企业在推动PERC电池、TopCon电池、BC电池以及钙钛矿太阳能电池等技术不断突破并成熟发展。在太阳能技术、生产、装机规模均领先全球。
激光用于太阳能电池的什么地方
太阳能电池的制作整个工艺流程多,而激光的作用可能就是一两个重要环节。目前PERC电池在国内占据主流,需要激光对电池片开槽,将背面钝化膜打穿但不会对硅片造成明显的损伤,使整个硅片基体明显暴露出来,并且平整光滑,无明显的激光脉冲腐蚀痕迹,从而提供电池片发电转换效率。
SE激光掺杂是生产太阳能电池一个核心工序,是一种利用激光辐射来改变材料性质的技术。可以在材料表面或体内引入掺杂原子,形成重掺杂区,提高光电转换效率。PERC(P型电池) SE工序中是掺硼,而TOPCON(N型电池) SE工序中是掺磷。
在BC电池工艺线路上,可以用到激光开槽技术工艺,组件激光焊接工艺。在TOPCon 电池工艺上,可以用到激光诱导烧结、激光硼掺杂、激光开膜等工艺。BC电池工艺制程复杂,工艺难度大,对激光的精度要求更高。
特域冷水机助力太阳能电池激光加工设备高效运行
这些激光的工序已经成为太阳能电池生产的标准工艺,在当前太阳能产业持续上升的带动下,相关激光设备也从中受益。2022光伏激光设备市场总量为22.46亿,随着太阳能新技术的突破与激光工艺的成熟,未来可预见每年应用太阳能产业的激光设备规模可达百亿级,市场前景非常乐观。
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