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激光技术在BC电池中的应用探讨
金融民工1990
长线持有
2023-11-30 21:57:23

会议要点

1. 激光技术在新能源应用

英诺激光在光伏行业的技术领先位置,尤其是超短脉冲激光器的研究成果,对工业发展具有推进作用。

激光技术在DC(直流)电池中的应用情况,对投资者提供深度解析。

诺贝尔物理学奖再次颁发给激光领域的技术,表明激光技术的研究与应用正在获得重要认可。

2. 激光技术在BC电池中应用

激光技术的特点:超短脉冲激光器可在纳秒至皮秒量级,减小材料的热影响区,减少材料损伤。

BC电池激光加工:利用激光器可进行图形化处理,提升BC电池pn结构的加工精度。

公司优势:公司为A股唯一固体激光器及应用解决方案上市公司,产品覆盖广泛波长和脉冲宽度,批量交付能力强。

3. 激光技术在BC电池应用

激光蚀刻技术:纳秒、皮秒、飞秒激光蚀刻各有优劣,脉宽减少带来理想的加工效果,但成本增高,激光蚀刻用于BC电池时,可根据需求选择波长、脉宽和能量调制以实现成本与效果的平衡。

激光技术在BC电池的应用:激光成像曝光与激光辅助化学腐蚀适用于不同的精确加工需求。尽管激光成像曝光成本较高,直接激光蚀刻降本潜力大,激光蚀刻适用于BC电池的图形化加工和低温工艺需求。

激光增材应用:BC电池的同面不同PNG特性,使得激光增材具备可选择性加工的优势,有助于实现灵活的电池图形化生产,且热影响区可控,为柔性生产提供支撑。

4. BC电池激光技术应用探索

激光技术在BC电池中提高环保性:激光技术能量利用效率高,几乎全量直接作用于加工结构,降低传统炉子能耗。

探索多种激光应用:三种有潜力的应用分别是脉冲激光沉积、激光诱导热氧化和激光诱导相变,涉及BC电池材料加工、氧化层制备和相变调控,技术突破将带来加工效率和质量提升。

激光诱发的耗材较少,能实现多种电学、磁学、光学和力学性质上的变化,对BC电池制作工序简化、性能提升具有促进作用。

5. 激光技术助力电池制造创新

公司已将激光工艺与电池制造技术相结合,推出三款量产设备:激光SE设备、冲击强化设备和激光开模设备,开启量产并投入市场。

光伏领域应用光谱技术可有效区分缺陷和污染,例如指纹和隐裂,改善了传统识别方法的局限。

公司将医学成像技术光声显微镜运用于工业探伤,带来无损检测和高分辨率成像的优势,尤其适用于非金属薄膜和不透明膜层的探测。

6. 激光技术BC电池革新

BC电池的激光应用前景广阔,可颠覆现有制造工艺,显著降低工序和成本。

激光技术中,结合图形化、金属化及辅助化学刻蚀和增材方法,可有效提高电池生产效率。

公司自制激光器具有成本优势和高零部件本土化率,有助于降低成本和提升电池生产效率。

7. BC激光电池的创新与前景

BC电池已通过量产验证但仍沿用传统技术,激光器优势未实现颠覆性进展。彦博公司计划明年推出有竞争力的BC产品,虽面临研发挑战,重点瞄准更大进展。

对于BC技术的未来发展积极,激光技术在BC电池制作中能支撑电池技术多样性发展,预计提高市场机会,且提效空间较大,激光器参与的提效潜力大于其他电池。

公司产品本土化程度高,主要在激光器和光学方面的自主研发上,积累显著。关键部件的国产化程度较高,卡脖子问题趋缓,激光器结构创新领域有发展潜力。

8. 激光技术与BC电池创新

设备单价下降是由于市场需求增大和生产难度不大导致,但未来价值仍在于电池技术创新。

激光技术有望在未来降低BC电池成本同时提高转换效率,增加高端设备的生存空间。

公司目前已有产品交付,测试反馈良好,预期光伏设备领域未来订单将增加。

会议实录

1. 激光技术在新能源应用

尊敬的各位投资者,大家晚上好。我是申万研究所机械团队的王珂。今天,我们机械和光伏两大团队合作,邀请了在光伏领域领先的英诺激光公司的代表,尤其是在新光伏技术研究上一直遥遥领先的晏博士,来与我们进行分享。今天我们邀请到的嘉宾有副总董秘张总,以及英诺激光光伏事业部总经理晏博士。接下来,我将把时间交给我们的嘉宾和同事李蕾,同时,我们也非常欢迎张总和晏博士的精彩分享。

 

大家好,我是机械分析师李蕾。在线的还有电信团队的刘宏达老师和李冲老师,我们一起主持今天的会议。

 

今天的会议将分为两个环节。第一个环节,我们首先请晏博士就"激光在BC电池中的应用"做一个PPT分享,请大家保持在线,因为今天的会议绝对是干货满满。第二个环节,我们将预留大约20分钟时间,供投资者提问,相信大家会有问题想请教晏博士。说完这些闲话,我们先交给晏博士,请您上麦发言,谢谢。

 

各位晚上好,我是晏博士。今天很高兴通过这种形式与大家在线分享我的报告,希望我的声音清晰。好的,我现在开始正式分享。首先非常感谢。刚刚过去的十一黄金周,对我们研究激光的人来说,是非常震撼和自豪的时刻。今年的诺贝尔物理学奖又颁给了激光领域,即阿秒激光器,这是一个让很多人好奇的概念。阿秒激光器是所谓的超短脉冲激光器,它代表了目前人类能够制造的最短脉冲的量级。我报告PPT右边的这张表列举了常见的超快激光器的概念,从上到下,毫秒约等于10的-3次方秒,而最下面的阿秒,等于10的-18次方秒,这展现了非常短的时间尺度。在工业上,我们通常使用的超短脉冲激光器的范围是从纳秒到飞秒,也就是从10的-9次方秒到10的-15次方秒这样的量级。现在我们来探讨,为什么需要使用超快激光器,以及这类激光器是如何推动工业发展的。

 

2. 激光技术在BC电池中应用

首先,我们介绍一个基本概念,即一般情况下,导热性越好的材料,其热效应越难以控制。在加工中,当激光热输入时,若材料导热性强,则热量会迅速向周围扩散。热传导是通过微观粒子的振动来实现的,例如金属,金格间的相互震动导致热量从一个金格传递到另一个金格。这种微观粒子的传导时间通常在纳秒到皮秒量级。

 

超快激光器的脉冲宽度时间非常短,可以在热传播发生之前完成加工。比如图a展示的是连续激光器模式,可以看到输出的平均功率随时间变化保持不变。而通过提高峰值功率并缩短能量持续时间,可以在不增加平均功率的情况下,得到亮度非常高的短脉冲激光,类似于拍照时使用的闪光灯。

 

超短脉冲激光器在材料加工中的好处是,随着脉冲宽度的缩短,激光与材料相互作用导致的热影响区会越小,对材料的损伤也就越小。左图是长脉冲激光系统(毫秒量级以上)导致的不期望的破坏现象。右图展示的是超短脉冲激光器(可达飞秒量级),可以实现微小、准确的加工效果。

 

典型的几个特征包括:加工区域几乎没有残留物;且周围表面影响最小,基本上没有或很少有重铸层形成。

 

当然,激光作用在材料上时,会在表面产生剧烈的反应,通常表现为等离子体爆破。这里需要注意的是,等离子体虽有助于移除不需要的材料,但也可能造成污染的扩散。超短脉冲激光器可以更好地控制等离子体的产生。

 

BC(背接触)电池的生产中,激光加工技术目前主要采用直接剪裁法,即直接用激光雕刻构造半导体结构。由于BC电池的PN节主要集中在表面,背光面结构更接近传统半导体芯片,因此相对复杂。激光蚀刻法可以自由地进行图形化加工,通过光斑形貌和波长的调制,达到灵活的选择性加工。

 

我们公司擅长激光技术,并是A股唯一一家提供固体激光器及应用解决方案的上市公司。我们的激光覆盖了红外、绿光、紫外到深紫外光谱,以及飞秒、皮秒、纳秒的脉冲宽度,全面支持选择性激光雕刻等多样化应用。

 

具体应用包括在硅片上用皮秒紫外激光打孔,目的是开发金属化孔或欧姆接触。同时,我们还能在BC电池的p区或n区进行图形化,用532纳米绿光激光器实现大面积薄膜去除。另外,1064纳米近红外飞秒激光器能够去除硅基板上的银膜,而不破坏下层材料。

 

3. 激光技术在BC电池应用

这三个是我们使用激光蚀刻技术实现各种图案化处理的展示实验。对比从纳秒、皮秒到飞秒,我们发现它们各有优缺点。通过这三张图,我们可以看到首先对于光伏应用中通常所需的蚀刻深度,无论是纳秒、皮秒还是飞秒脉宽的激光,都能够满足要求。最显著的差异在于,使用皮秒和飞秒激光时,如右图所示,可以得到远优于纳秒激光的底面平滑度。皮秒脉宽介于两者之间,靠近飞秒,但明显优于纳秒。

 

主要区别在于,脉宽的缩短能够带来更加理想的加工效果。当然,成本也更高。因此,我们通常会根据特殊需求选择合适的波长、脉宽和能量调制方式,以实现理想的性价比。

 

除了上述直接激光蚀刻方法,还有一些间接的激光加工方法。例如,在早期的BC电池和半导体领域中使用较多的激光成像曝光技术。这个方法可以使用数字掩模,也可使用传统的光学掩模。虽然使用数字掩模分辨率稍低,但适合光伏等大批量、精度要求不极高的加工。

 

激光成像曝光的基本原理是,在硅电池表面施加一层光刻胶,然后使用激光固化光刻胶,接着洗去未固化部分。固化的部分形成了保护层。这个过程可以与半导体行业的光刻技术相比较。然而,在光伏电池生产中,这种方法的总成本较直接激光刻蚀法高,因其工序更多、耗材更大,且未来的成本降低空间也小于直接激光刻蚀法。尽管如此,对于需要高精度结构的领域,激光成像曝光技术仍有其优势。

 

另一种方法是激光辅助化学腐蚀。在这个过程中,激光对表面进行部分损伤而非完全蚀去材料。结合化学腐蚀方法,我们可以控制腐蚀速率,使其在激光照射过的区域与未照射区域有显著差异。目前这种方法不仅在光伏制造中应用,也可能适用于芯片领域的低精度加工,其实际上可替代传统加工方法的一部分。

 

在传统光伏制造中,我们知道有CVD、PVD等增材法。但BC电池的特点是同一面有不同的N型和P型极性结构,这就要求有选择性的加工。在这种情况下,激光技术的优势在于可以自由地进行图形化加工,并且热影响区是可控的,适合于某些电池生产过程中要求的低温工艺。此外,激光技术还具有柔性生产的优势,能够适应各种不同的电池生产线。

 

4. BC电池激光技术应用探索

一个非常重要的点在于环保,例如它的能耗问题。传统的退火炉、烧结炉等各种炉子,在加工环节中大量能量并未有效利用,而是浪费了。相比之下,激光的能量几乎全部直接作用于所需加工的结构上,接近100%的能量转化效率。

 

目前有几种希望应用于BC电池的激光技术。第一种是脉冲激光沉积,它通过激光轰击靶材,使靶材表面的物质附着于电极片上形成所需结构。其优势是材料灵活性高,既可以制作导电材料,也可以制作氧化物材料,应用范围较广。

 

第二种是激光诱导热氧化,相对于目前的氧化炉,激光技术具有图形化加工的优势。传统激光器在氧化过程中难以精确控制氧化层厚度,但随着超短脉冲激光和短波长激光技术的发展,现在可以做到几十纳米量级的精准氧化,未来可能不仅限于光伏领域,也有潜力应用于广泛的半导领域。

 

最后是激光诱导相变技术,与传统的单晶变多晶过程相比,激光可以局部诱发相变,并且其调控性能强。这种技术能够减少材料消耗,因为相变可以改变电学、磁学、光学和力学性质。例如,在制造过程中,能够一步实现传统需要后续处理的玻璃层的去除或减薄。

 

有了激光技术,可以探索更多技术路线,减少BC电池生产过程中的工序。金属化过程是激光在电池制作中的另一个重要应用,它可以实现导线与电池之间的良好欧姆接触。

 

我们实际上已在Top上使用了一种叫激光冲击强化的技术,它可以加强导线表面,同时产生载流子,影响电池背面,有助于形成更好的欧姆接触。还有激光蚀刻与电镀技术,它的优势在于避免使用传统的银浆,直接通过电镀得到导电路径。

 

最后是激光直接烧结。当脉冲能量控制得精准且结合了LSP技术时,激光有潜力取代传统的烧结炉,完成金属化过程。

 

激光技术由于BC电池结构日益复杂化,带来了更多应用可能性。同时,在提高BC电池的能效方面也显示出巨大的潜力。

 

此外,我们的COS激光调控技术,不仅仅关注于调节单一波长和平均功率等传统参数,还考量了更多波长的参与。在实际材料加工中,激光的多波长组合可能更为有利。不同波长对材料的扩散长度和热扩散系数都有影响,这些影响在选择加工波长时非常关键。举例来说,长波长激光可能会导致较广的作用区域,但也可能会造成表面损伤;而短波长激光则能在表面得到较好的加工效果,但深度加工则需要更长时间,持续热作用可能会损伤上层材料。因此,合理选择波长,甚至组合波长对加工是至关重要的。这种考虑已经开始在包括激光焊接、修复、退火以及半导体和芯片制造领域得到重视。

 

由此可见,未来的激光器将比现有的工业激光器更为复杂,支持更多的调控方式。我们公司一诺激光的创新中心正是围绕新激光器、新技术开展研究,以探索激光在不同领域、不同行业的应用。光伏领域的探索只是众多成果之一。

 

5. 激光技术助力电池制造创新

我们将我们的激光工艺理念与电池制造技术相结合,虽然我们进入光伏装备领域的时间较晚,可能是从去年开始,仅有半年多一点的时间。但我们已经推出了三款设备投入量产环节,包括激光蚀刻设备、冲击强化设备和激光开模设备。这两种主要技术,一种用于电镀,一种用于制造BC电池的pn区图形化。我们公司不仅在激光工业加工领域有所建树,也在医学成像领域有所探索,这些技术我们也尝试应用于光伏领域。

 

一个典型案例是在光伏电池片的检测和缺陷分析方面,我们通过光谱技术将指纹和隐裂分离,提高了缺陷辨识的对比度。此外,我们还在生物医学上应用了光声显微镜,目前已在北美有客户尝试用其探测非金属薄膜。与传统光学显微镜比较,光声显微镜具有更高的分辨率,能够提供非透明膜层的深度信息,对于无损检测具有明显优势。

 

最后,我简要介绍一下我们公司。一诺科技成立于2011年,于2021年在创业板上市。我们的核心是生产激光器,并针对特定应用定制激光器,与传统激光器公司的策略不同。我们专注于特定细分应用领域,并从应用出发反向开发激光器。目前我们有四个专业设备板块,包括从2016年到2018年主攻的3C自动化领域。2019年,我们扩展到医疗器械版块,使用我们的飞秒激光器和超短脉冲激光器开发介入式医疗器械。光伏板块是从2021年开始的项目,并在2023年正式成立一诺光伏。

 

感谢各位的聆听,由于时间有限,就介绍到这里。欢迎电信的刘宏达老师和李冲老师提出问题,以及与会者就市场共性关心的问题进行交流。

 

6. 激光技术BC电池革新

稍后我们会开放提问环节。 彦博您好,能听到我说话吗?杨伟您好,我是申万电信的刘宏达,之前在贵公司与您有过交流。我想咨询两个问题:关于公司在BC电池领域未来的发展方向,除了图形化技术,是否还有其它的技术拓展?其次,激光器的功率对电池片技术的重要性毋庸置疑。相比其他竞争者,我们公司自产的激光器在性能或优势方面有何显著差异?

 

首先,谈到技术拓展。目前,激光诱导相变技术在未来有潜力颠覆现有制造工艺。它不仅可能大幅简化BC电池的制造流程,还能降低成本,尽管这需要配合电池结构的改变。短中期内,技术发展主要围绕图形化与金属化,而非仅依赖激光石刻完成。目前部分应用已融合激光时刻与化学时刻技术,未来可能有增材技术的涌现。我们作为行业积极参与者,正通过各种途径寻找潜在合作伙伴,共同探索新的电池结构设计。BC技术作为一个平台技术,理论上能够创造更佳的光伏电池结构,因而激光自由加工的独特优势在此将有广阔的应用空间。

 

关于激光器的优势,我认为在降低成本和提高效率方面表现突出。我们的激光系统与主流产品相比,减少了对外国厂商的依赖,通过国内生产实现了自主化。我们在自主化率方面也领先同行,加上对电池行业的深入理解和嵌入式自动化整机构建能力,我们可以高效地实现零部件的复用,至少在短中期内,主攻降本,通过激光技术的优势达成这一目标对我们来说相对容易。目前,我们正为此积极努力。

 

感谢您的提问,彦博。

 

下一位请问。

 

现在有文字提问环节,由于问题较多,我将挑选一些问题提出。彦博,光伏行业竞争日趋激烈,公司在面对竞争时是如何定位自身的?在之前关于自产激光器的问题回答中,您是否有补充?

 

我认为激光行业本身极为特殊,我们公司传统上更多涉及上游业务,激光技术被广泛运用于多个行业,但在每个行业中的参与度相对有限。这为我们提出一个挑战,需要一个灵活的团队应对行业的变化。至于竞争,它是一个行业的普遍现象。有时竞争减弱可能因为市场垄断严重,或者行业前景糟糕,不再吸引参与者。但任何处于中间发展阶段的行业,竞争都是激烈的,恒常存在。我们需要充分发挥优势,深入研究行业细分市场,并始终致力于改进产品和服务,善于竞争而不是回避。

 

最后一个问题,BC电池技术相对于POP和TOP,技术难度如何?相比之前的技术路线,BC电池是否存在更多挑战?

 

BC电池的确是更具难度,否则它不会停滞在量产化实现上。BC结构理论早已提出,但其实施颇具挑战;例如图形化技术之初也无法一步到位。BC电池结构在芯片制造中可能相对简单,但要以光伏产业的低成本进行大规模生产,就需要许多工程上的创新。难点在于如何找到折中方案,既构建起精细的半导体结构,又满足大规模超低成本生产需求。因此,BC电池相较传统技术路线,技术复杂性和未来的技术路线竞争都更加多样。我们看好激光技术在BC电池领域的应用前景,因为它的灵活性为技术创新和效率提升提供了更多可能性。

 

7. BC激光电池的创新与前景

对,很清楚。现在我们有两个文字提问。首先是关于彦博公司BC激光设备的验证进度和产品规划,以及未来BC技术发展的观点。关于产品,我可以简单说明。目前,BC电池已通过量产验证。然而,我们并没有满足于此,因为现有量产验证的技术路线仍然较为传统,虽然已发挥了激光器的优势,如低成本和高响应度,但并未引发较大颠覆。我们的目标是取得更显著的进展。针对BC规划而言,我们计划明年推出极具竞争力的BC产品。尽管研发面临巨大挑战,不能保证一定会成功,但这是我们的重点工作,正体现了您所关注的问题。

 

对于BC技术未来发展的观点,我们非常看好BC电子技术。我认为它是一个基础性平台,未来可支撑电池多样化发展。光伏电池显然不仅限于地面电站或BIPV,可能会拥有更多工作形态。这种多样的技术有望开辟更广阔的市场空间。去年的数据显示,其他应用领域的总和已经与传统地面电站持平。作为多样化平台技术的BC电池,可能会带来更多市场机会。此外,提效空间——激光技术在提效方面的潜力要大于其他电池类型。所以这是为什么我们看好它,愿意重点发展的原因。

 

再来回答关于SE设备、冲击强化设备订单情况以及BC开模设备合作方的问题。另外还有产品本土化程度,是指本土化采购比例,还是自研自产核心零部件的比例更高的问题。关于本土化的比例问题,我们指的是自主研发的比例更高。我们主要致力于激光器及光学领域,并在此方面积累了丰富的经验。即便如此,不代表我们会自研所有部件,如电机我们仍会选择本土化采购。关键在于激光器和光学部件,这才是产生设备差异化的关键点。

 

至于合作方问题,我们的确有确定的合作伙伴,并已收到量产设备订单。然而,关于SD和冲击成本的订单情况,我不确定是否适宜在此场合详述。下一个问题是关于光伏电池中激光应用的核心参数,比如功率、脉宽等,以及国产化中可能面临的瓶颈。

 

激光器是复杂的光机电一体化设备。在之前的阶段,我们的激光器设备,包括整个行业的固体激光器技术路线,很多核心组件依赖进口,比如Q开关和晶体材料等。但随着产业化进步,很多部件已实现国产化,一些甚至自研。现在卡脖子现象相对少见。毕竟这些都是广泛应用于工业的产品,不值得因此而受制于人。随着行业的进步,不仅在中国,全球行业发展也在提升。现在,我们已有条件进行更丰富结构的创新,类似于光伏行业。因为各种配套技术都实现了,我们才有可能做出更复杂的激光结构。目前,激光器的创新非常快速,技术路线多样,如固体激光和光纤混合技术。因此,我认为未来激光器的创新领域可能会出现更多机遇。

 

谢谢。

 

8. 激光技术与BC电池创新

好的,感谢彦博。由于时间关系,我将提出最后一个问题。同时我注意到,已经有不少同学提出了多个问题。我想请教晏博士的是,对于未来行业的成本控制问题,您有怎样的看法?考虑到像SE设备推出后单价迅速下降,该如何看待未来单价下降所带来的挑战,以及通过什么方式可以持续提升成本效率,以保持公司在这一领域的毛利率和净利率。

 

我认为,对于SE设备而言,他们的主要目的应该是降本增效。我们需要综合考虑这一问题。首先,因为市场需求的突增,带来大规模的生产,这会导致成本下降。其次,由于技术难度并非十分高昂,这也是成本下降的一个因素。我个人认为,单面电池不管是采用激光还是其他工艺,其实现可能性有限。因此,未来的附加价值很可能来源于电池的创新。

 

我觉得首先,如果BC电池的效率真的得以提高,不论是采用何种技术路径,他们的效率提升将为设备商提供新增价值。至于未来的布局,对SE设备来说,可能当前的技术路径已经接近尾声。展望未来,我们可以更多关注如TOPCon等技术路径,考虑到存量市场已经相当庞大,这条路线可能更为有效,甚至在中长期内成为主流。目前来看,我们面临的技术仍然很粗糙,我们在研究TOPCon之后,强化了研究;在未来,我们可能会见到围绕SE进行降本增效的更多新方案。例如,无银化或金属化工艺,这些新方案一旦量产,将进一步降低TOPCon电池的成本。

 

至于成本降低后的行业发展,我无法做出准确预测。然而,如果我们观察整个光伏产业链的逻辑,TOPCon技术的匹配和普及有可能真正促进地面太阳能站的大规模发展。他们的低成本可能通过降低最终客户的度电成本进而实现大幅下降。这也可能是利好消息。随着激光技术的进步,柔性制造在一体化工厂中将变得越来越普及,柔性生产将会成为降本的主旋律。

 

我认为,通向降本的主旋律应该是寻找提效的空间。至于BC电池,我认为主旋律应该是运用新工艺设计新电池,使转换效率得到突破,从而实现一定程度的提升。这样自然会创造出附加价值,并为高端设备提供生存的空间。我就简单总结至此。


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