N型TOPCon时代的装备界黑科技！以设备视角看N型电池竞赛

TOPCon“关键先生”

2022在光伏发展史上可被称作“TOPcon之年”。N型技术路线之争第一个回合，TOPCon在成本和成熟度方面占优。

同时在龙头企业的带动下，行业信心坚定，纷纷布局，据不完全统计，目前TOPCon全行业产能规划已达300GW左右，即使HJT或者BC电池在未来实现反超，也能给TOPCon企业消化产能的时间，摆在企业面前的只有同类竞争的此消彼长，而无整条技术路线被颠覆的风险。

TOPCon技术，由Fraunhofer提出，一道、中来等企业接力，由晶科能源推动全面爆发，历经了多年时间，期间不断调整工艺，2021年11月，晶科推出N型TOPCon技术制成的Tiger Neo组件，进一步推动了TOPCon电池的产业化。

但进一步促使业内企业下定决心的，却是晶科对TOPCon技术的进一步升级。

2022年4月15日，深圳市海目星激光科技集团股份有限公司(以下简称“海目星”)发布公告称，Topcon激光微损设备，收到国内首批大规模中标通知，这是海目星光伏激光及自动化设备、技术得到市场认可的有力佐证。

一时间业内为之侧目。海目星何许人也?在此前处于胶着状态的N型电池竞赛中，它又起到了什么作用?

先声夺人

海目星攻克激光硼掺杂工艺

根据公开资料，海目星成立于2008年，并于2020年9月在科创板成功上市，是集研发、制造、销售、服务于一体的激光及自动化综合解决方案提供商。十余年来，海目星的市场版图已辐射国内外，除总部深圳之外，先后在广东江门、江苏常州、四川成都布局基地，并在意大利设立了子公司。科研方面，海目星成立了集团研究院，并在常州、深圳设立激光研发中心，同时与西安交大成立了智能装备创新研究院，引入了香港理工大学、哈工大等高校智囊。据海目星透露，目前已有多家电池组件厂商向其抛出橄榄枝，很少有这样一家企业如此迅速引发关注且获得高比例的市场份额，海目星是怎么做到的?又为什么能引发市场的热情?

究其原因，是海目星攻克的一次激光硼掺杂工艺是TOPCon技术的关键工艺，提升效率(0.3%-0.5%)的同时，能够有效降低成本，在TOPCon引而未发的关键时刻，这项技术起到了“临门一脚”的效果，迅速引爆市场。

多种硼掺杂技术路线分析

资料显示，TOPCon电池技术于2013年被德国Fraunhofer研究所首次提出，其电池结构为N型硅衬底电池，背面制备一层超薄氧化硅，然后再沉积一层掺杂硅薄层，二者共同形成了钝化接触结构。TOPCon可在原有生产线上进行改造升级，拉长原有设备使用周期，在实现较高转换效率的同时成本相对较低。

TOPCon相比异质结主要有两点优势：

NO.1

理论效率28.7%比HJT理论效率27.5%更高，这也是晶科等企业选择TOPCon技术的原因之一。

NO.2

与PERC产线设备兼容性更好，头部电池企业无论是新上产线还是进行改造升级都更容易，研发和生产人员也更容易切换到生产线上。

晶科能源表示，效率潜力是公司选择TOPCon的原因之一，同时，TOPCon在设备投资和生产成本上相比于HJT更具优势。

TOPCon电池的制备工序包括清洗制绒、正面硼扩散、BSG去除和背面刻蚀、氧化层钝化接触制备、正面氧化铝沉积、正背面氮化硅沉积、丝网印刷、烧结和测试分选，约12步左右。其中，氧化层钝接结构制备为TOPCon在PERC的基础上增加的主要工序，也是TOPCon的核心工序，工艺路线大致分为LPCVD本征+磷扩(低压力化学气相沉积法)、PECVD原位掺杂、PVD原位掺杂(即物理气相沉积法)。

要做TOPCon，钝接结构制备是基础，但要做好TOPCon，正面硼扩散是相关企业要解决的最大挑战。

在海目星之前，硼扩散工艺采用的是硼扩散炉，根据资料显示。硼原子半径0.082nm，磷原子半径为0.110nm，硅原子半径为0.118nm，硼与硅原子差异较大，扩散过程中产生晶格张力，固溶度较低，导致硼在硅中扩散速率与固溶速度大幅低于磷，N型硅片硼扩散难度远大于P型，需要更高的扩散温度(900-1100摄氏度)和扩散时间，扩散炉需求较PERC生产线翻倍。同时目前硼扩常见的硼源主要为三溴化硼( BBr3 )以及三氯化硼(BCl3)。其中，三溴化硼扩散的副产物对石英器件损伤严重，部分厂商开始使用三氯化硼作为硼源，虽然三氯化硼的副产物对石英器件基本无损伤，但受制于B-CL键能较大，扩散均匀性又略差于三溴化硼。(资料来源：中泰证券、雪球网)

于是业内开始尝试先扩散后激光掺杂的方法，制作选择发射极(SE)，但同样由于固溶度低，需要更高能量，须采用更高功率的激光器，但对功率稳定性的要求极高，过高会损伤电池绒面，过低则达不到既定掺杂效果。

据索比光伏网了解，业内有经验的企业会让激光企业在非常小的区域规定速度、深度打孔，来测试其技术实力。

目前业内主要扩散工艺有一次激光掺杂、二次激光硼扩、丝网印刷等，但后两者都存在工艺原理上的缺陷，二次硼扩成本、耗能、耗时“三高”，操作繁琐，丝网印刷精度不足，因此一次激光掺杂被业内视为工艺难度最大却也是最优的解决方案。

他山之石，可以攻玉

碳中和进程开启之后，新能源赛道吸引了更多优秀企业的目光，许多行业性难题的解决之道就潜藏其中。“他山之石，可以攻玉”。

在进入光伏行业之前，海目星一直在探索如何深度融入新能源行业，而不仅仅是跟随行业发展去提供设备。海目星董事长特助黄健宏指出：“我们会从底层需求来了解行业未来的需求是什么，会和客户、行业领军人物一起去探讨，我们就可以更加专注地投入到产业中。首先海目星在激光方面有很强的应用能力和自主光源，可以覆盖众多不同的切割类型、焊接、表面处理。应用方面我们自己掌握自动化能力，包括精密的装配、数字化控制、智能制造控制技术，还有虚拟调试、智能物流线，模拟仿真等。我们还有很强的视觉自动化检测技术和核心的卷对卷技术，有大量的设备是高速卷对卷和激光匹配。”

“公司有自主研发生产激光器的能力，激光器已经做了10年，10年前紫外纳秒激光器已经很成熟，国内大部分做的是水冷激光器，而公司做的是风冷激光器。包括公司也得到了政府多个项目奖，体现了公司的技术实力。公司的激光器大部分是自产自用，根据客户需求，公司激光器可以做独立设计，这是我们公司独到的、其他企业不具备的优势。”海目星光伏事业群总经理周宇超在与投资机构交流时解释了海目星短时间攻克光伏行业难题的原因。

作为光伏业务负责人，周宇超毕业于利物浦大学，导师是激光应用之父的奠基人William Steen，激光技术1961年诞生，他的导师1967年开创了激光应用学科。在接手一次激光掺杂这个课题后，他发现这个困扰光伏行业的难题对自身的挑战并不算大，除了多年的激光应用经验之外，海目星还有相似的成熟行业经验。“进入光伏的一年前，我们就把半导体、硼、硅、电子等研究明白，通过直掺物理模型分析，发现没有标准的激光器可以实现直掺的工艺，后来，公司通过热场分部模型反推激光器工艺参数，然后再通过参数做出激光器之后再反推激光直掺的效果，发现和理论接近，包括对损伤做了优化处理，所以最后做出了这款产品。”周宇超指出，海目星因为可以自制激光器，在激光的参数设置上占据全球领先地位。

2022年4月27日，晶科TOPCon电池转化效率达到25.7%，比之前的25.4%提升了0.3个百分点。10月13日，晶科能源再次发布公告，经中国计量科学院第三方测试认证，182N型单晶TOPCon全面积电池转化效率达到26.1%，再次创造了182及以上尺寸大面积N型单晶钝化接触(TOPCon)电池转化效率新的纪录，其中应用了SE硼掺杂技术。

“我们习惯于用激光技术来解决问题。”周宇超说，“所以当我们解决激光硼掺杂的问题时，有客户感叹之前都没有想过还能用这种方式，我认为这更多是大家看待问题的角度不同，这个行业未来会变得更多元来应对更复杂的挑战。