光伏电池激光技术专题报告：TOPCon激光应用分析

中 泰 证 券 研 究 所 专 业 ｜ 领 先 ｜ 深 度 ｜ 诚 信 ｜ 证 券 研 究 报 告 ｜ 2022.04.17 TOPCon 激光应用分析 光伏电池激光技术专题报 告 分析师冯胜 执 业 证 书编号S0740519050004 电话0755-22660869 Email fengshengr.qlzq.com.cn 分析师王可 执 业 证 书编号 S0740519080001 Email wangker.qlzq.com.cn 2 1 、TOPCon 激 光 主 要 应用 于 硼扩SE 环节 TOPCon 激光 应用分析  TOPCon 路 线 下，激 光主要 应用于 硼扩散SE 环 节。 相较于 传统TOPCon 的单纯的 硼扩散 工艺， 激光技 术 的 应用 可 与其 结 合形 成SE 结果 ，从 而助 推 转换 效 率提 升0.3 以上 。  海 目星中标晶 科大单 彰显激 光技术 在TOPCon 的 应用趋 于成熟 。2022 年4 月16 日，海 目星公 告中标 晶科 能源10.67 亿订 单，表 明在当 前TOPCon 扩产 超预期 背景下 ，激光 技术亦 通过下 游客户 验证。 图表1 TOPCon 单GW 投 资 额 、 设 备 占 比 及 竞 争 格 局 来源 捷佳伟创、拉普拉斯 、中泰证券研究所 注 自动化包括在每个设备投资额之中 清洗制绒 硼扩散SE 背 面 隧穿层 多晶硅 掺磷 刻蚀 正背面PE 印刷 LP磷扩RCA PECVD退火 800万 2000-2500 万 1200 万 6000万 5000 万 5500 万 4500万 占比4 占比10 占比6 占比25 占比27.5 占比22.5 捷佳伟创 扩散炉 拉普 拉斯 捷佳 伟创 捷佳伟创 拉普拉斯最为 成熟 普乐、捷佳伟 创能够提供产 品 捷佳伟创最为 成熟 金辰股份有布 局 捷佳伟创 丝网印刷 迈为股份 捷佳伟创 激光转印 帝尔激光 扩散 炉、 激光 设备 等 激光 海目星 帝尔 激光 大族 激光 3 2 、 原 理 分 析 何 谓 硼 扩及磷 扩 TOPCon 激光 应用分析  扩 散 的目的 是形成P-N 结。 本 征硅中 载流子 数目极 少，其 导电性 能很差 。因此 ，实际 应用的 半导体 是在纯 硅 中 加入 微 量的 杂 质元 素 后的 材 料， 即 掺硼 的P 型硅 片 以及 掺 磷的N 型硅 片 。 扩散 的目 的 是在 硅 片基 地 上 扩 散 一层P 型半导体 或N 型半导体 从而在 交界面 形成PN 结。  当 阳 光照在 PN 结 上 时，PN 结吸收光 能激发 出电子 和空穴 ，在内 建电场 的受约 力下推 动带有 负电的 电子向 N 区 流 动，带有 正电的 空穴向 P 区 移 动，从 而使得 P 区 电 势升高 ，而 N 区 电 势降 低，P 区和 N 区 之 间则 会 产 生一个 可测的 电压， 即光生 伏特效 应。如 果此时 在 P区和 N 区 分 别焊 接上导 线，接 通负载 后外电 路便 有电 流通 过， 从 而 形成 一个 电子 元 件 。 图表2 P 型 硅 片 （ 本 征 硅 掺 硼 ） 图表3 光生伏特效应的基本原理 来源光 伏混子 说、 中 泰证券 研究所 来源 单晶硅 太阳能 电池扩 散工艺 、 背面刻蚀 及铝背 场工艺 研究 、中泰 证 券研究所 4 3 、TOPCon 扩 硼 工 艺 的难 点 TOPCon 激光 应用分析  扩 硼 要 难 于 扩 磷 。 尽管硼 扩与磷扩 工艺相 似度极高 ，且设 备均以扩 散炉为 主， 但由 于硼在 硅 中 的固 溶 度较 低， 导致 硼 扩相 较常 规的 磷 扩较 难， 实际 硼 扩散 的温 度需 要 达到900- 1 1 0 0 ℃ 。  目 前硼扩 常见的硼 源主要 为三溴化 硼（ BBr 3 ）以及 三氯化 硼（BCl 3 ）。 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 。 图表4 硼 与 磷 的 固 溶 度 对 比 图表5 硼扩技术路线对比 来源拉 普拉斯 、 中泰 证券研 究所 来源拉 普拉斯 、 中泰 证券研 究所 5 4 、 原 理 分 析 何谓 选 择发 射 极 （ SE ） TOPCon 激光 应用分析  选 择 发射极 指在金 属栅线 与硅片 接触部 位及其 附近进 行高浓 度掺杂 ，减少 前金属 电极与 硅 片 的接 触电阻 ； 而在 电极 以外 的 区 域进 行低 浓度 掺 杂 ，可 以降 低扩 散 层 的复 合。 通过 对 发 射极 的优 化， 增 加 太阳 能电 池的 输 出 电流和 电压， 从而增 加光电 转化效 率。  激 光 掺杂是 制作PERC 的SE 工 艺主流 方式。 其实现 方式是 以磷扩 后形成 的磷硅 玻璃（PSG ）为 掺杂源 ，在 金 属 栅线区 域进行 激光扫 描掺杂 ，形成N 的重 掺杂区 域，从 而实现 选择发 射极。 这种工 艺方式 实现简 单， 仅 需 在传统PERC 工 艺上 增加一 道工艺 即可实 现，能 够与传 统产线 兼容， 已成为PERC 产 线标 配。 图表6 SE 电 池 和 传 统 电 池 结 构 对 比 图表7 SE工艺处于扩散及刻蚀工艺之间 来源 太阳能 学报 、 中泰 证券研 究 所 来源拉 普拉斯 、 中泰 证券研 究所 6 5 、TOPCon 的SE工艺难点 TOPCon 激光 应用分析  TOPCon 的SE 工 艺难 点主要 是硼掺 杂工艺 难度更 为复杂 。根据 前文所 述，硼 在硅的 固溶度 低于磷 ，掺杂 难 度 更 高， 在 推进 时 需求 更 高的 能 量。 因 此当 使 用激 光 掺杂 时 （即 与PERC 的SE方式 类 似） ， 需要 采 用功 率 更高的激 光器。  但激光掺 杂的“ 火 候”较难 掌握。 如 果激光功 率过高 ， 则容易在 激光照 射 区域带来 绒面损 伤 ，从而影 响后 续 的 钝化工 艺；而 如果功 率过低 ，则推 进时的 能量可 能不足 ，激光 难以将BSG （硼硅 玻璃， 与P 型电 池的磷 硅 玻 璃对应 ，此处 为激光 的掺杂 源）的 硼掺杂 进入P 层，会导 致金属 化重掺 区域无 法达到 浓度要 求。 图表8 TOPCon 硼扩SE 过 程 中 容 易 产 生 的 两 种 钝 化 层 烧 穿 来源拉普拉斯、 中泰证券研究所 7 6 、TOPCon 的SE 工 艺 实 现路 径 TOPCon 激光 应用分析  现 有 技术中 ，制备TOPCon 硼扩SE 结 构电 池的方 法很多 ，其核 心思路 均为如 何在减 少损伤 的情况 下实现 高 浓度 的重 掺硼 区 域 。我 们基 于国 家 知 识产 权局 相关 专 利 的分 析， 将相 关 工 艺方 式总 结为 ① 离 子注 入法（ 无激光 ）； ② 一 次硼 扩 激光掺杂 ； ③ 二 次硼 扩 激光 掺杂 ； ④ 激 光开 膜 二次硼扩 ； ⑤ 激 光开 槽 硼浆印刷 ； ⑥ 湿 法刻 蚀 二次硼扩 （无激 光）  其中，离 子注入 定 域掺杂法 ，需要 昂 贵的离子 注入机 ， 且硼离子 注入技 术 困难，同 时硼离 子 注入退火 温度 较高且易 形成硼 原 子簇而成 为复合 中 心，目前 已基本 不 作为量产 工艺的 实 现方式。 基于此 ， 本文重点 讨论 ② ⑥ 的五 种SE工艺方 式。 8 图表9 一 次 硼 扩 激 光 掺 杂 工 艺 路 径 图表10 一次硼扩 激光掺杂结构 来源国 家知识 产权局 、 中泰 证券研 究 所 来源国 家知识 产权局 、 中泰 证券研 究 所 6 、TOPCon 的SE 工 艺 实 现路 径 一 次 硼 扩 激 光 掺杂 TOPCon 激光 应用分析  根 据 天合光 能的发 明专利 （专利 号为CN 110299422 A ） ， 由于将BSG （硼硅 玻璃） 作为掺 杂源时 ，激光 掺 杂 难 以将BSG 的硼 源掺 杂进 入P 层， 导致 重 掺杂 区 域的P 浓度 不 达标 ， 天合 提 出先 通 过扩 散 炉推 进 高硼 表 面 浓度的P 层， 但不进 行氧化 ，以P 层作 为激光 掺杂源 ，再进 行激光 掺杂和 氧化工 艺，能 够在解 决硼 掺浓度问 题的同 时 ，简化选 择发射 极 的制备工 艺流程 。  一 次 硼扩 激光掺 杂的工 艺优势 为工艺 简单， 设备数 量需求 较低， 仅通过 扩散炉 激光 掺杂设 备 清洗设备 即 可 完 成。 N 型硅片制绒清洗 硼扩散形成P, 但不氧化 激光对栅线区进行掺杂推进 清洗，回扩散炉氧化形成SE 去背面BSG 和P, 制备隧穿层等 9 图表11 二 次 硼 扩 激 光 掺 杂 具 体 工 艺 形 式 来源国家知识产权局、中泰证券研究所 6 、TOPCon 的SE 工 艺 实 现路 径 二 次 硼 扩 激 光 掺杂 TOPCon 激光 应用分析  根 据 晶科能 源的发 明专利 （专利 号为CN 111739794 A ） ， 其对 硼扩散 工艺进 行了进 一步改 进，本 质上与 天 合类 似， 即均 采 用 了硼 扩散 沉积 （ 而 不推 进） 形成 掺 杂 源， 再结 合激 光 掺 杂工 艺实 现SE 。相 比于 一次 硼扩 ， 其第一次 硼扩形 成 轻掺杂区 域，第 二 次硼扩为 后续激 光 掺杂提供 足够硼 扩 散源，能 够减少 一 次硼扩带 来高 温过程， 有利于 设 备的稳定 和减少 对 绒面的损 伤。  二 次 硼扩 激光掺 杂对应 的工艺 时间会 有所增 长，反 应在设 备数量 预计有 所增长 。 硅片制绒清洗后放入扩散炉中，升至第一温度，进行硼扩散沉积 将温度升至第二温度（高于第一温度）， 进行推结，将硼源推入硅片形成轻掺杂区域 第二温度降至第三温度，进行第二次硼扩 （由于低于第二温度，因此不会推进到轻掺杂区域） 以第二次硼扩沉积的部分作为硼扩散源，通过激光掺杂的方式，在金属化 区域形成重掺杂，从而形成SE 10 图表12 激 光 开 膜 二 次 硼 扩 工 艺 路 径 图表13 激光开膜 二次硼扩结构 来源国 家知识 产权局 、 中泰 证券研 究 所 来源国 家知识 产权局 、 中泰 证券研 究 所 6 、TOPCon 的SE 工 艺 实 现路 径 激 光 开 膜 二 次 硼扩 TOPCon 激光 应用分析  根 据 协 鑫 集 成的 发 明专 利 （专 利 号为CN 110444631 A ） ， 其 通 过 一次 硼 扩散 形 成轻 掺 杂， 然 后 对轻掺 杂区域进 行激光 开膜，进 而对开 膜后的硅 片进行 二次硼扩 散，从 而形成重 掺区。 重掺 区 不仅覆 盖轻掺区 ，同时 对开膜区 进行填 充，从而 在开膜 区形成重 掺杂， 轻掺区形 成轻掺 杂， 从 而形成 选择发射 极。  激光开膜 二 次硼扩 对应的 工艺时 间会有 所增长 ，反应 在设备 数量预 计有所 增长。 在具体 设备 类 别 上 ， 反 映为 激 光开 膜 设备 及 硼扩 散 设备 。 硅片制绒清洗后进行一次硼扩， 形成轻掺杂区域 对轻掺杂区域进行激光开膜 对进行激光开膜后的硅片进行二 次硼扩，以形成重掺区。重掺区 覆盖轻掺区，并填充开膜区 轻掺区（ 上面覆 盖了少 许重掺 ） 重掺区（ 对开膜 区进行 填充） 开膜区 11 6 、TOPCon 的SE 工 艺 实 现路 径 激 光 开 槽 硼 浆 印刷 TOPCon 激光 应用分析  根 据普 乐 新能 源的 发明 专 利（ 专利 号为CN 113948374 A ）， 其 采用 一次 硼 扩制 作轻 掺杂 区 域， 搭配激光开槽 硼浆 印刷制 作重掺 杂区的 方法， 形成N 型 电池硼 扩SE 结构 。由于 重掺杂 区的激 光 开槽及 硼浆印刷 图形与 丝网印刷 图形一 致，降低 了金属 电极的接 触电阻 ；同时非 印刷区 域的 轻 掺杂， 提高了光 线短波 响应，从 而提升 转换效率 。  从 设备端 来看，不 涉及二 次扩散， 工艺相 对简单， 对应设 备为扩散 炉、激 光开槽设 备、丝 网印 刷 设备 。 图表14 激 光 开 槽 硼 浆 印 刷 具 体 工 艺 形 式 来源国家知识产权局、中泰证券研究所 硅片制绒清洗后放入扩散炉，扩散形成轻掺杂区域 氮气降温出炉，并通过激光开槽对扩散后的硅片进行开槽 （开槽图形与后续电极图形一致） 在硅片正面对应电极的激光开槽位置印刷硼浆，并烘干； 将印刷硼浆后的硅片送入退火炉管，在氮气、氧气氛围下，进行高温恒压 重掺杂推进及退火，从而形成SE结构 12 6 、TOPCon 的SE 工 艺 实 现路 径 湿 法 刻 蚀 二 次 硼扩 TOPCon 激光 应用分析  根 据 晶科能 源的发 明专利 （专利 号为CN 110707178 A ） ， 其利用印 刷含有HF 的刻蚀浆 料的方 式，在N 型硅 片 硼 扩面的 电极栅 线区域 刻蚀掉BSG ，得到 刻蚀图 形，再 进行二 次硼扩 散，在 预设栅 线区域 因刻蚀 去除 BSG 使 硅 片暴露 在外而 形成重 掺杂； 而电极 区域由 于BSG 的遮挡， 形成轻 掺杂， 得到N 型太 阳能电 池硼扩 SE 结 构 。预 设栅 线区 域 是用 网 版印 刷 刻蚀 浆 料， 网 版图 形 与后 期 印刷 电 极网 版 栅线 图 形一 致 ；浆 料 覆盖 的 区域是后 期电极 栅 线印刷的 区域。  从工艺方 式来看 ， 该种工艺 未采用 激 光设备， 主要采 用 丝网印刷 、刻蚀 设 备以及扩 散炉完 成 ，操作相 对简 单，对绒 面的损 伤 也更小。 图表15 湿 法 刻 蚀 二 次 硼 扩 具 体 工 艺 形 式 来源国家知识产权局、中泰证券研究所 硅片制绒清洗后放入扩散炉，一次硼扩形成轻掺杂区域 印刷刻蚀浆料，利用网版印刷的方式在N 型硅片表面预设栅线区域涂覆含有 HF 的刻蚀浆料；网版设计与电极印刷网版互补 将与刻蚀浆料接触的BSG 和氧化层腐蚀去除，得到表面图形化的硅片 进行二次硼扩散，在预设栅线区域因刻蚀去除BSG 使硅片暴露在外而形成 重掺杂；而电极区域由于BSG 的遮挡，形成轻掺杂，实现SE 13 7 、 投资策略 TOPCon 激光 应用分析  基 于 设备招 标及付 款维度 ，2022 年TOPCon 扩 产持续 超预期 。 根据 我们调 研，目 前TOPCon 产业 链招标 规 模 正 迅速放 量，预 计2022 年TOPCon 将占 据新技 术风口 。我们 认为此 次海目 星中标 晶科订 单对应 的规模 或 超过40GW （ 即根据 产业链 调研， 单GW 激光 设备投 资约2000 万元 反推得 出）， 亦印证 了行业 扩产正 持续超 预期。  激 光 设备有 望充分 受益TOPCon 扩 产进 程。 相 比于PERC ，激光设 备在TOPCon 的单GW 投资 额出现 明显增 长 ， 主要原 因为硼 扩SE 工艺 难于磷 扩SE ，随 着TOPCon 的扩 产不断 超预期 ，激光 设备在 光伏领 域的市 场 空间有望 持续提 升 。建议重 点关注 海 目星、帝 尔激光 、 大族激光 。 图表16 相 关 标 的 盈 利 预 测 来源 wind 、中泰证券研究所 注 帝 尔激光EPS来的wind 一致预期 2022/4/17 股价（元） 2020A 2021E 2022E 2023E 2020A 2021E 2022E 2023E 688559.SH 海目星 62.80 0.48 0.54 1.25 2.21 130.83 116.30 50.24 28.42 增持 300776.SZ 帝尔激光 182.31 3.53 3.86 4.89 6.42 51.65 47.20 37.27 28.39 未评级 002008.SZ 大族激光 33.90 0.92 1.85 2.42 2.93 36.85 18.32 14.01 11.57 买入 投资评级 E P S （ 元 ） P E （ 倍 ） 代码 公司 风险提示 1 、TOPCon 扩产 不及 预期 。 若TOPCon 扩产 不及 预 期， 则 会对 激 光设 备 应用 造 成影 响 。 2 、 激 光技 术推 进 不及 预 期。 若 激光 技 术的 应 用不 及 预期 ， 则会 影 响相 关 标的 的 订单 。 3 、 竞 品类 技术的 表现。 竞品类 技术如 进展顺 利，会 对激光 技术的 应用形 成冲击 。 14 投 资 评 级 说 明 评级 说明 股 票 评 级 买入 预期未来612 个 月内相 对同期 基准指 数涨幅 在15 以上 增持 预期未来612 个 月内相 对同期 基准指 数涨幅 在515 之间 持有 预期未来612 个 月内相 对同期 基准指 数涨幅 在-105 之间 减持 预期未来612 个 月内相 对同期 基准指 数跌幅 在10 以上 行 业 评 级 增持 预期未来612 个 月内对 同期基 准指数 涨幅在10 以上 中性 预期未来612 个 月内 对 同期 基 准指 数 涨幅 在-1010 之间 减持 预期未来612 个 月内对 同期基 准指数 跌幅在10 以上 备 注 评 级 标 准 为 报 告 发 布 日 后 的612 个 月 内 公 司 股 价 （ 或 行 业 指 数 ） 相 对 同 期 基 准 指 数的相对市场表现 。 其中A 股市场以沪深300 指数为基准；新三板市场以三板成指 （ 针对 协 议 转 让 标 的 ） 或 三 板 做 市 指 数 （ 针 对 做 市 转 让 标 的 ） 为 基 准 ； 香 港 市 场 以 摩 根 士 丹 利 中 国 指 数 为 基 准 ， 美 股 市 场 以 标 普500 指 数 或 纳 斯 达 克 综 合 指 数 为 基 准 （ 另 有 说 明 的 除 外 ）。 15 重要声明  中泰证券 股份有 限 公司（以 下简称 “ 本公司” ）具有 中 国证券监 督管理 委 员会许可 的证券 投 资咨询业 务 资格。本 报告仅 供 本公司的 客户使 用 。本公司 不会因 接 收人收到 本报告 而 视其为客 户。  本报 告基 于本 公 司 及其 研究 人员 认 为 可信 的公 开资 料 或 实地 调研 资料 ， 反 映了 作者 的研 究 观 点， 力求 独 立、客观 和公正 ， 结论不受 任何第 三 方的授意 或影响 。 但本公司 及其研 究 人员对这 些信息 的 准确性和 完 整性不作 任何保 证 ，且本报 告中的 资 料、意见 、预测 均 反映报告 初次公 开 发布时的 判断， 可 能会随时 调 整。本公 司对本 报 告所含信 息可在 不 发出通知 的情形 下 做出修改 ，投资 者 应当自行 关注相 应 的更新或 修 改。本报 告所载 的 资料、工 具、意 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