N型TOPCon時代的裝備界黑科技！以設備視角看N型電池競賽

TOPCon“關鍵先生”

2022在光伏發展史上可被稱作“TOPcon之年”。N型技術路線之爭第一個回合，TOPCon在成本和成熟度方面占優。

(資料圖片僅供參考)

同時在龍頭企業的帶動下，行業信心堅定，紛紛布局，據不完全統計，目前TOPCon全行業產能規劃已達300GW左右，即使HJT或者BC電池在未來實現反超，也能給TOPCon企業消化產能的時間，擺在企業面前的只有同類競爭的此消彼長，而無整條技術路線被顛覆的風險。

TOPCon技術，由Fraunhofer提出，一道、中來等企業接力，由晶科能源推動全面爆發，歷經了多年時間，期間不斷調整工藝，2021年11月，晶科推出N型TOPCon技術制成的Tiger Neo組件，進一步推動了TOPCon電池的產業化。

但進一步促使業內企業下定決心的，卻是晶科對TOPCon技術的進一步升級。

2022年4月15日，深圳市海目星激光科技集團股份有限公司(以下簡稱“海目星”)發布公告稱，Topcon激光微損設備，收到國內首批大規模中標通知，這是海目星光伏激光及自動化設備、技術得到市場認可的有力佐證。

一時間業內為之側目。海目星何許人也?在此前處于膠著狀態的N型電池競賽中，它又起到了什么作用?

先聲奪人

海目星攻克激光硼摻雜工藝

根據公開資料，海目星成立于2008年，并于2020年9月在科創板成功上市，是集研發、制造、銷售、服務于一體的激光及自動化綜合解決方案提供商。十余年來，海目星的市場版圖已輻射國內外，除總部深圳之外，先后在廣東江門、江蘇常州、四川成都布局基地，并在意大利設立了子公司。科研方面，海目星成立了集團研究院，并在常州、深圳設立激光研發中心，同時與西安交大成立了智能裝備創新研究院，引入了香港理工大學、哈工大等高校智囊。據海目星透露，目前已有多家電池組件廠商向其拋出橄欖枝，很少有這樣一家企業如此迅速引發關注且獲得高比例的市場份額，海目星是怎么做到的?又為什么能引發市場的熱情?

究其原因，是海目星攻克的一次激光硼摻雜工藝是TOPCon技術的關鍵工藝，提升效率(0.3%-0.5%)的同時，能夠有效降低成本，在TOPCon引而未發的關鍵時刻，這項技術起到了“臨門一腳”的效果，迅速引爆市場。

多種硼摻雜技術路線分析

資料顯示，TOPCon電池技術于2013年被德國Fraunhofer研究所首次提出，其電池結構為N型硅襯底電池，背面制備一層超薄氧化硅，然后再沉積一層摻雜硅薄層，二者共同形成了鈍化接觸結構。TOPCon可在原有生產線上進行改造升級，拉長原有設備使用周期，在實現較高轉換效率的同時成本相對較低。

TOPCon相比異質結主要有兩點優勢：

NO.1

理論效率28.7%比HJT理論效率27.5%更高，這也是晶科等企業選擇TOPCon技術的原因之一。

NO.2

與PERC產線設備兼容性更好，頭部電池企業無論是新上產線還是進行改造升級都更容易，研發和生產人員也更容易切換到生產線上。

晶科能源表示，效率潛力是公司選擇TOPCon的原因之一，同時，TOPCon在設備投資和生產成本上相比于HJT更具優勢。

TOPCon電池的制備工序包括清洗制絨、正面硼擴散、BSG去除和背面刻蝕、氧化層鈍化接觸制備、正面氧化鋁沉積、正背面氮化硅沉積、絲網印刷、燒結和測試分選，約12步左右。其中，氧化層鈍接結構制備為TOPCon在PERC的基礎上增加的主要工序，也是TOPCon的核心工序，工藝路線大致分為LPCVD本征+磷擴(低壓力化學氣相沉積法)、PECVD原位摻雜、PVD原位摻雜(即物理氣相沉積法)。

要做TOPCon，鈍接結構制備是基礎，但要做好TOPCon，正面硼擴散是相關企業要解決的最大挑戰。

在海目星之前，硼擴散工藝采用的是硼擴散爐，根據資料顯示。硼原子半徑0.082nm，磷原子半徑為0.110nm，硅原子半徑為0.118nm，硼與硅原子差異較大，擴散過程中產生晶格張力，固溶度較低，導致硼在硅中擴散速率與固溶速度大幅低于磷，N型硅片硼擴散難度遠大于P型，需要更高的擴散溫度(900-1100攝氏度)和擴散時間，擴散爐需求較PERC生產線翻倍。同時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。(資料來源：中泰證券、雪球網)

于是業內開始嘗試先擴散后激光摻雜的方法，制作選擇發射極(SE)，但同樣由于固溶度低，需要更高能量，須采用更高功率的激光器，但對功率穩定性的要求極高，過高會損傷電池絨面，過低則達不到既定摻雜效果。

據索比光伏網了解，業內有經驗的企業會讓激光企業在非常小的區域規定速度、深度打孔，來測試其技術實力。

目前業內主要擴散工藝有一次激光摻雜、二次激光硼擴、絲網印刷等，但后兩者都存在工藝原理上的缺陷，二次硼擴成本、耗能、耗時“三高”，操作繁瑣，絲網印刷精度不足，因此一次激光摻雜被業內視為工藝難度最大卻也是最優的解決方案。

他山之石，可以攻玉

碳中和進程開啟之后，新能源賽道吸引了更多優秀企業的目光，許多行業性難題的解決之道就潛藏其中。“他山之石，可以攻玉”。

在進入光伏行業之前，海目星一直在探索如何深度融入新能源行業，而不僅僅是跟隨行業發展去提供設備。海目星董事長特助黃健宏指出：“我們會從底層需求來了解行業未來的需求是什么，會和客戶、行業領軍人物一起去探討，我們就可以更加專注地投入到產業中。首先海目星在激光方面有很強的應用能力和自主光源，可以覆蓋眾多不同的切割類型、焊接、表面處理。應用方面我們自己掌握自動化能力，包括精密的裝配、數字化控制、智能制造控制技術，還有虛擬調試、智能物流線，模擬仿真等。我們還有很強的視覺自動化檢測技術和核心的卷對卷技術，有大量的設備是高速卷對卷和激光匹配。”

“公司有自主研發生產激光器的能力，激光器已經做了10年，10年前紫外納秒激光器已經很成熟，國內大部分做的是水冷激光器，而公司做的是風冷激光器。包括公司也得到了政府多個項目獎，體現了公司的技術實力。公司的激光器大部分是自產自用，根據客戶需求，公司激光器可以做獨立設計，這是我們公司獨到的、其他企業不具備的優勢。”海目星光伏事業群總經理周宇超在與投資機構交流時解釋了海目星短時間攻克光伏行業難題的原因。

作為光伏業務負責人，周宇超畢業于利物浦大學，導師是激光應用之父的奠基人William Steen，激光技術1961年誕生，他的導師1967年開創了激光應用學科。在接手一次激光摻雜這個課題后，他發現這個困擾光伏行業的難題對自身的挑戰并不算大，除了多年的激光應用經驗之外，海目星還有相似的成熟行業經驗。“進入光伏的一年前，我們就把半導體、硼、硅、電子等研究明白，通過直摻物理模型分析，發現沒有標準的激光器可以實現直摻的工藝，后來，公司通過熱場分部模型反推激光器工藝參數，然后再通過參數做出激光器之后再反推激光直摻的效果，發現和理論接近，包括對損傷做了優化處理，所以最后做出了這款產品。”周宇超指出，海目星因為可以自制激光器，在激光的參數設置上占據全球領先地位。

2022年4月27日，晶科TOPCon電池轉化效率達到25.7%，比之前的25.4%提升了0.3個百分點。10月13日，晶科能源再次發布公告，經中國計量科學院第三方測試認證，182N型單晶TOPCon全面積電池轉化效率達到26.1%，再次創造了182及以上尺寸大面積N型單晶鈍化接觸(TOPCon)電池轉化效率新的紀錄，其中應用了SE硼摻雜技術。

“我們習慣于用激光技術來解決問題。”周宇超說，“所以當我們解決激光硼摻雜的問題時，有客戶感嘆之前都沒有想過還能用這種方式，我認為這更多是大家看待問題的角度不同，這個行業未來會變得更多元來應對更復雜的挑戰。

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