近日在太陽能電池行業(yè)傳出好消息,美國逐漸放開從中國進(jìn)口的太陽能電池板,這對于國內(nèi)太陽能企業(yè)是一大利好,美國和歐洲是我國太陽能產(chǎn)品最重要的出口市場。歐美國家曾經(jīng)的太陽能企業(yè)在與中國企業(yè)競爭中落敗,現(xiàn)在中國產(chǎn)品已經(jīng)占據(jù)了歐美太陽能電池市場的最大份額。
在太陽能電池行業(yè),中國控制著超過80%的供應(yīng)鏈,主導(dǎo)著太陽能電池板和其他重要設(shè)備的生產(chǎn)。其中在精密切割、電池劃片、開槽等逐漸采用了精密激光設(shè)備,也成為行業(yè)標(biāo)配。
全球減排共推新能源大發(fā)展
過去幾年人們談及新能源,更多想到的是風(fēng)頭甚勁的新能源汽車,其實(shí)從火車電氣化,到兩輪車再到四輪車的電氣化,這只是終端應(yīng)用工具的能源方式使用的轉(zhuǎn)變,新能源一個(gè)重要部分是在上游能源產(chǎn)生的轉(zhuǎn)變。電是清潔能源,但是如何產(chǎn)生電則非常重要,目前電力來源主要包括火電、水電、太陽能發(fā)電、風(fēng)電、核電等。
全球碳減排是個(gè)長久的發(fā)展目標(biāo),關(guān)系到人類的生存。在這一大趨勢下各國都在積極推動清潔能源的替換。我國也向世界承諾了實(shí)現(xiàn)碳達(dá)峰碳中和的目標(biāo),也在努力實(shí)現(xiàn)能源的多元化,并且取得了偉大的成就,三峽、白鶴灘水電站世界矚目。而過去十年里,則以太陽能發(fā)電發(fā)展最為迅速。
進(jìn)入21世界,我國已經(jīng)大力推動太陽能電池產(chǎn)業(yè)發(fā)展,在2010年后國內(nèi)產(chǎn)品大舉進(jìn)軍歐美市場,隨即受到這些國家本土主義阻撓,并發(fā)出反傾銷調(diào)查和加關(guān)稅。在出口受挫后,政府支持太陽能產(chǎn)品大幅轉(zhuǎn)國內(nèi)消化,提倡“屋頂發(fā)電”與并網(wǎng)補(bǔ)貼。經(jīng)歷幾年低潮時(shí)期后,自2017年開始外國反傾銷限制逐步取消,出口和內(nèi)銷均呈現(xiàn)火熱,太陽能電池產(chǎn)業(yè)回到成長軌道。
2022年全球太陽能發(fā)電量增長約27%,達(dá)到1224千兆瓦,中國占總發(fā)電量的三分之一以上。預(yù)計(jì)2023年全球太陽能新增裝機(jī)需求將達(dá)到320-360GW,同比增長33.3%,亞太、歐洲、美國是主要增量市場。目前研究顯示,明年太陽能光伏發(fā)電量將超過水電發(fā)電量。三年后,它將超過燃?xì)獍l(fā)電。太陽光可以說是無盡的能源,分布面積廣,可以就地發(fā)電就地使用,無需燃料長途運(yùn)輸或者電力長途輸送。未來在新能源中將可能占據(jù)最重要份額。
太陽能電池激光加工
當(dāng)前太陽能電池主要包括PERC、TOPcon、HJT和IBC等技術(shù)類型。在2015年之前,BSF電池占據(jù)90%市場;2016年之后,PERC電池異軍突起,到2020年,PERC電池在全球市場中的占比已經(jīng)超過85%,且目前以雙面PERC為主,PERC采用了背面鈍化技術(shù),制作過程中一個(gè)重要工藝是“背面激光開槽”,涉及到專用激光設(shè)備,國內(nèi)的帝爾激光就是憑借這個(gè)細(xì)分市場在短短幾年內(nèi)快速崛起。
單雙面P-PERC電池工藝生產(chǎn)流程
最近兩年TOPcon太陽能電池快速發(fā)展,制作中需要硼擴(kuò)散發(fā)射極(SE),采用到激光摻雜設(shè)備,目前國內(nèi)有帝爾激光、大族激光、海目星等少數(shù)企業(yè)布局。TOPCon一次摻雜SE設(shè)備,無需化學(xué)清洗工藝,經(jīng)濟(jì)效益優(yōu)勢明顯。利用激光能量推動硼原子在硅片內(nèi)擴(kuò)散,實(shí)現(xiàn)選擇性發(fā)射極SE結(jié)構(gòu),從而獲得更高的短路電流、開路電壓和填充因子,提高太陽能電池的光電轉(zhuǎn)化效率。2022年4月16日,海目星公告中標(biāo)晶科能源10.67億訂單,可見TOPcon電池激光設(shè)備需求潛力較大。
IBC電池采用到背面激光開槽技術(shù),而其中的P-IBC電池技術(shù)又采用到2項(xiàng)激光加工:
1)則背面激光刻蝕:利用納秒級或皮秒激光對背面進(jìn)行圖案化處理;
2)背面激光開膜:利用納秒級或皮秒級激光對背面減反射層和鈍化膜疊層進(jìn)行開膜處理。
激光設(shè)備在此方法下得到比較好的應(yīng)用。設(shè)備環(huán)節(jié)省去了比較昂貴離子注入和光刻掩膜設(shè)備,金屬化環(huán)節(jié)采用高溫銀漿與鋁漿,金屬化成本同步降低,增加設(shè)備僅為激光設(shè)備與部分清洗設(shè)備,初步估計(jì)改良后P 型IBC設(shè)備與PERC/TOPcon設(shè)備成本較為接近,極大降低了成本,可實(shí)現(xiàn)規(guī)?;O(shè)備應(yīng)用。
太陽能電池新技術(shù)帶動激光新需求
激光在薄膜電池的制造過程中,發(fā)揮著決定性的作用,由于薄膜層厚通常只有微米級別,甚至納米級別,因此具有高光束質(zhì)量的超短脈沖和高脈沖能量的激光特別適合這類應(yīng)用。太陽能電池涉及到的激光工藝有薄膜電池的激光劃線,晶硅電池的開膜、摻雜、激光切割、激光打孔、激光刻邊等。以其精確的圖案化局部加工和快速切割能力,激光加工成為提升光伏產(chǎn)品轉(zhuǎn)換效率的重要方式。
在太陽能電池技術(shù)上中國已經(jīng)獨(dú)占鰲頭,仍然處于發(fā)展階段,新技術(shù)層出不窮。鈣鈦礦電池技術(shù)是最近熱門,它的材料更便宜而且完全不同于傳統(tǒng)晶硅電池的制造工藝。最大的優(yōu)點(diǎn)是在保持較好的光電轉(zhuǎn)化效率基礎(chǔ)上,減少了晶硅加工帶來的污染物。
鈣鈦礦光伏技術(shù)目前正從基礎(chǔ)研究階段過渡到工業(yè)化前階段。激光技術(shù)既可實(shí)現(xiàn)高活性表面積模塊,也可實(shí)現(xiàn)對關(guān)鍵層的氣相沉積、處理,將在鈦礦太陽能組件的工業(yè)化過程中發(fā)揮重要作用。
當(dāng)前太陽能電池市場以PERC電池占據(jù)主導(dǎo),TOPCon、HJT電池片技術(shù)路線逐漸成熟,開始進(jìn)入大規(guī)模產(chǎn)業(yè)化階段,而IBC、鈣鈦礦電池等技術(shù)類型將成為下一代電池的代表。
太陽能激光設(shè)備在2022年帶來的采購需求超過25億元,預(yù)估在2025年將超過50億元,實(shí)現(xiàn)翻倍增長。
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