光伏新技术系列（三）：TOPCon提升银浆用量，LECO推动银浆工艺革新

TOPCon提升银浆用量，LECO推动银浆工艺革新 ——光伏新技术系列（三） 作者：光大环保电新殷中枢、黄帅斌 2024年1月23日 证券研究报告 目录 LECO简述：有力助推TOPConLECO浆料的奥秘 TOPCon渗透率快速提升投资建议 中庚基金 风险分析 表1：现有激光辅助烧结技术总结 官宣提效水平 官宣时间 官方名称 其他效果 帝尔激光 0.2%以上 2023.8.14 激光诱导烧结技术（LIF） 2023.9.13已获得100GW订单 英诺激光 0.2%以上 2023.9.13 电池栅线激光冲击强化技术（LSP） 海目星激光 0.2%以上 2023.9.14 激光辅助快速烧结技术（LAS） 2023.9.22已出货 大族激光 0.2%以上 2023.9.15 激光优化接触工艺（LOC） 捷泰科技 0.3%左右 2023.9.14 捷泰科技J-SE+ 中来股份 2023.9.13 中来独特注入金属化技术（JSIM） 提高组件抗湿热能力，助力单玻封装 德龙激光 0.25%以上，有望达到0.4%以上 2023.9.19 德龙激光超级光注入技术（SLI） 组件抗湿热衰减得到显著改善 奥特维 0.3%以上 2023.9.25 奥特维激光增强金属化设备（LEM） 2023年10月份获得订单 资料来源：各公司官方微信公众号、光大证券研究所整理 图1：LECO处理前后电池表面变化图2：LECO处理后电池表面元素表征 资料来源：StephanGroßer《MicroscaleContactFormationbyLaserEnhancedContactOptimization》 图3：LECO处理前后电池外观变化 资料来源：StephanGroßer《MicroscaleContactFormationbyLaserEnhancedContactOptimization》 LECO所形成的接触点多位于金字塔顶峰附近。图1中，兴趣区1（roi1）：硅内发现丝状明亮材料对比区，表明银渗入了硅中；兴趣区2（roi2）：银栅线内出现了偏暗的区域，说明掺入了硅。进一步的表征说明，兴趣区1中银含量小于20%，可以验证LECO诱导硅和银的相互扩散，形成局部亚微米大小的点接触。 请务必参阅正文之后的重要声明资料来源：HERAEUS3 激光辅助烧结，本质上是利用激光的高度能量集中和可控特性，将高温烧结过程中钝化层侵蚀和接触形成这两个关键步骤分开，从而达到对烧结过程的进一步精准调控。 从原理上来看，激光形成的电流沿着低接触电阻路径传输，引发银硅互扩散，从而降低接触电阻；而整个烧结过程的持续时间与载流子寿命匹配，激光过后迅速停止，从而实现原有钝化层的最大限度保留。 Optimization》 电化学效应 外部高强度载流子 （电子）注入，促进Ag+还原 热效应 促进Ag-Si互扩散，形成局部超低电阻的AgSix合金化接触 定点突破 请务必参阅正文之后的重要声明 资料来源：光大证券研究所绘制 4 图6：LECO的三个本质特点 图4：LECO的反应模型 资料来源：StephanGroßer《MicroscaleContactFormationbyLaserEnhancedContact 图5：LECO后电池与银浆接触表面 资料来源：HannesHöffler《Understandingcurrentpathsandtemperaturedistributionsduring‘LaserEnhancedContactOptimization’(LECO)》 LECO的三个本质特点 （1）电化学效应：外部高强度载流子（电子）注入，促进Ag+还原； （2）热效应：促进Ag-Si互扩散，形成局部超低电阻的AgSix合金化接触； （3）定点突破：亚微米级烧结点，减少钝化层的大面积无效损伤。 图7：激光辅助烧结技术原理及影响 提效机理 •LECO技术利用低腐蚀银浆叠加低温烧结提升电池开压 •激光的加入解决银浆的接触问题 优势 提效0.2%+ •无铝/低铝银浆替代原有的银铝浆料，有望解决TOPCon组件湿热测试后的功率衰减问题，从而提升TOPCon单玻比率 投资分析 •单GW投资目前约500万，投资回收期不足1年 推广进度 •各大厂商均有引进，部分头部企业已经开始批量量产 •24Q1有望成为TOPCon标准工艺 目前问题 •无铝/低铝银浆提效明显，但是电池端醋酸测试显示效率衰减过高问题，仍需银浆体系，工艺参数调整配合 清洗制绒 硼扩散 激光SE+退火 BSG刻蚀和背面抛光 LPCVDex-situ 隧穿层+a-Si(i) LPCVD/PVDin-situ 隧穿层+a-Si(n) PECVD 隧穿层+a-Si(n) 磷扩散 退火 退火 去绕镀 去绕镀 清洗 接触机理变化，硼发射极结型有优化空间，可减少氧化温度和时间 烧结温度下降，支持Poly厚度减薄，提效降本 正面Al2O3 正面+背面SiNx 丝网印刷银铝浆变更为低铝/无铝银浆 烧结+光注入烧结温度下降约20-60℃ 激光辅助烧结 新增工序，激光以及反向偏压 退火增效 资料来源：InfoLinkConsulting 目录 回顾LECO：有力助推TOPConLECO浆料的奥秘 TOPCon渗透率快速提升投资建议 风险分析 图8：LECO处理前后电池表面变化 图9：LECO处理前后电池表面变化 N-Type-Poly-Si(Frontside) N-Type-Poly-Si(Rearside) N-Type-Poly-Si(Polysides) 标准银浆 LECO 专用银浆 标准银浆 LECO专用银浆 标准银浆 LECO 专用银浆 Voc(mV,calculated) 691.1 701.0 691.1 695.4 691.2 706.8 VocDeltavsControl(mV) 9.9 4.3 15.7 Efficiency(%,calculated) 22.81 23.14 22.81 22.95 22.81 23.33 EfficiencyDeltavsControl(%) 0.33 0.14 0.52 图一：常规烧结钝化层面积破坏过大造成开压低； 图二：贺利氏SOL8200系列浆料烧结后，栅线下大面积钝化层得以保留，再通过激光优化打通导电通路 资料来源：贺利氏光伏微信公众号资料来源：HERAEUS 2019年贺利氏推出LECO专用浆料SOL8100，主要用于均匀发射极电池。配合LECO设备，提效水平约在0.15%。 随后，贺利氏光伏推出了贺利氏SOL8200系列产品。该系列通过控制浆料的侵蚀性，并将其与激光后处理工艺相结合，成功将银电极烧结过程中的钝化层侵蚀和接触形成这两个关键步骤分开，在尽可能高地保持开路电压的同时，降低接触电阻。 贺利氏SOL8200系列在常规烧结过程中成功减少了钝化层的侵蚀；虽然几乎不能接触，EL测试显示大面积黑片，但经由激光优化处理产生的有效导电通路，能成功增强接触 ，并通过设备参数优化达到极佳效率。 从机理角度来看，贺利氏SOL8200系列的配方设计调整减少了烧穿区域，通过增强作用，打通了一些之前烧结过程中未通的的电子传输通道，从而显著提升了接触效果。在不同电池结构上，贺利氏SOL8200系列配合激光优化技术，可实现0.1%-0.2%的效率提升。 图10：TOPCon电池银浆需求 资料来源：贺利氏《用于N-TOPCON高效太阳能电池的金属化浆料开发》 从PERC电池到TOPCon电池，从结构上看仅仅是背表面钝化方式发生了改变，但由于硅基底从P型转变为N型，以及钝化层的改变，造成金属化工艺的较大转变。正面：对于典型的N型TOPCon电池来说，主要是从N型发射极（磷扩）转变为P型发射极（硼扩），钝化方面仍采用SiNx和AlOx层。但由于硼扩掺杂浓度低，为了实现更好的接触，正面细栅从银浆转变为银铝浆。 背面：由于钝化接触结构解决了金属与硅基体接触的问题，TOPCon电池的背面不再需要激光开槽+铝浆（LBSF），而是采用了银浆细栅。整体来看，TOPCon银 浆主要分三种细分应用： 1）正面细栅浆料（银铝浆，烧穿型），需要在烧结过程中烧穿SiNx和AlOx层，与硼发射极接触； 2）背面细栅浆料（银浆，烧穿型），需要在烧结过程中烧穿SiNx层，与poly硅层接触； 3）正背面主栅浆料（银浆，非烧穿型），主要起连接细栅、汇聚电流、辅助焊接作用。 图11：银浆烧结中的电化学反应 图12：正面细栅LECO银浆的要求 p+发射极（掺硼）缺电子，不利于Ag+还原 掺铝银浆：补充电子，促进Ag+还原 LECO银浆 玻璃刻蚀区域过大 刻蚀性能降低 银铝尖刺 无铝/极低铝 资料来源：Hee-SooKim《Electrochemicalnatureofcontactfiringreactionsforfront-sideAgmetallizationofcrystallineSisolarcells》资料来源：光大证券研究所绘制 常规银铝浆的痛点： （1）在完成钝化层的刻蚀后，无法在所有刻蚀通道均形成高质量的接触位点，反而造成钝化的过度破坏； （2）同时大尺寸银铝尖刺也造成了较高的金属复合。 利用激光增强烧结原理，创新升级浆料设计思想：实现钝化损伤与欧姆接触解耦。 （1）创新玻璃化学极大程度减少对于钝化层损伤，从而大幅增强Uoc； （2）利用激光载流子注入的电化学效应和热效应，促进Ag+还原形成银微晶，并形成高质量AgSix合金化接触→恢复/增强欧姆接触。 图13：银铝浆与银浆对比 资料来源：帝科股份《迈向“TOPCon”基高效电池金属化新时代》 图14：正面细栅需控制银铝尖刺 资料来源：贺利氏《新一代高效太阳能电池金属化浆料的开发》 铝粉的引入，一方面残留的AgAl(Si)相直接弱化了栅线导电性，另一方面烧结后再栅线本体内造成大量空洞，影响栅线致密度，导致线电阻大幅上升。因此，结合网版技术进步，快速推进细线印刷，进一步释放低线电阻潜力，进一步增强细线密栅工艺。 案例： （1）帝科股份：DK72E协同激光增强烧结工艺第一阶段综合提效0.3-0.5%，开启TOPCon电池Uoc>735mV新时代。 （2）索特：PV3NL在烧结阶段对钝化层的破坏较常规银铝浆更加轻微，帮助电池获得Voc的大幅度提升。 图15：背面细栅需控制烧穿深度 图16：背面poly硅厚度下降预期 图17：不同金属对硅的侵蚀效果 资料来源：宋登元《接触钝化（TOPCon）技术：一种最适合光伏产业升级的高效电池技术路线》资料来源：ITRPV 资料来源：贺利氏《TOPCon/XBC高效晶硅太阳电池的金属化提效方向》 TOPCon背面细栅银浆的任务：面向抛光面，需控制烧穿深度，特别是在poly层减薄的趋势下，如何与薄poly层形成配合至关重要。玻璃粉在烧结过程中主要有两个作用： 1）刻蚀硅片表面的SiNx减反射涂层，在烧结过程中促进硅太阳能电池正面电极的致密度，从而形成致密的导电网络，使得银膜与硅基片形成良好的欧姆接触； 2）银浆烧结过程，玻璃粉在高温下溶解银粉，并带着银粉重新排列，这将影响银浆的整个烧结过程。 图18：TOPCon银浆组合（帝科） 资料来源：帝科股份《金属化技术创新助力高效n-TOPCon电池产业化》 正背面主栅浆料属于非烧穿型浆料，主要起连接细栅、汇聚电流、辅助焊接作用。在LECO工艺下，银浆烧结温度存在50℃左右的降幅。 如何在更低的烧结温度下实现拉力稳定，是主栅面临的主要任务。 案例： （1）索特：宽的工艺窗口，可配合正面激光工艺做-20~70℃大幅度降温的同时，保证拉力稳定； （2）帝科股份：针对激光增强烧结工艺大幅降低烧结温度造成的正、背面主栅可焊性与拉力降低的风险，帝科DKEM®针对性开发的DK82E专用主栅浆料通过优化无机配方，在大幅降温条件下实现优异的初始拉力及老化拉力。