（报告出品方/作者：广发证券，代川、朱宇航）
一、激光技术助力高端制造，光伏行业效用凸显
（一）激光加工优势明显，应用场景日趋广泛
激光是一种纯色、准直、高亮、同向、高能量密度的光子队列。激光技术起源于20世纪60年代，与原子能、半导体、计算机并称20世纪新四大发明，享有“最快的刀”、“最准的尺”、“最亮的光”等美誉，广泛应用于材料加工与光刻、通信与光存储、科研与军事、仪器与传感器等领域。
激光产生于激光器，激光器由增益介质、泵浦源、光学谐振腔组成。根据海目星招股说明书，增益介质是光子产生的源泉，通过吸收泵浦源产生的能量，使增益介质从基态跃迁到激发态。由于激发态为不稳定状态，此时，增益介质将释放能量回归到基态这一稳态。在此释能过程中，增益介质产生出光子，且这些光子在能量、波长、方向上具有高度一致性，它们在光学谐振腔中不断反射，往复运动，最终通过半反射镜射出激光器，形成激光束。这一形成原理使得激光具有极好的方向性、亮度、单色性和相干性，能做到将光束限制在几个毫弧度立体角内，使能量高度集中。
激光加工技术优势明显，下游应用场景广泛。得益于激光出色的特性，激光加工技术具备非接触式加工、热影响区小、不受电磁干扰、便于自动化控制、几乎可应用于任何材料、精确细致、一致程度高、高速便捷等明显优势。在材料加工与光刻这一主要应用领域，激光加工技术便具备切割、焊接、钻孔、打标、雕刻、热处理、快速成型、涂覆等多种应用方式，下游应用场景广泛，充分助力制造业向“光制造”稳步迈进。
（二）光伏主旋律降本增效，激光加工契合行业发展需求
“新政”出台，降本增效成为光伏行业主旋律。年5月31日，发改委、财政部和能源局联合发布《关于年光伏发电有关事项的通知》，要求控制需要国家补贴的普通光伏电站建设规模，推动光伏发电补贴退坡。行业补贴退坡的提前到来对光伏组件厂商和光伏电站的竞争力提出了更高要求，促使光伏制造企业产能升级，加快新技术的研发和运用，从而提高光伏电池转换效率，降低发电成本。
激光加工契合光伏行业发展需求。光伏行业降本增效的主旋律下，各光伏制造企业对制造加工的要求越发提升，传统的机械加工手段在精度、加工效率、可靠性、适用范围等诸多方面开始难以适应新的生产要求，而激光加工在以上方面均表现出色、优势显著。叠加激光精细化发展趋势，超快激光不断迭代升级，其凭借超短持续时间和超强峰值功率，快速开拓材料超精细、低损伤和空间3D加工处理的新领域，适配PERC、TOPCon、HJT等高效电池技术，与光伏行业生产需求契合度进一步提升。同时，激光加工的高柔性非常适合自动化、智能化生产，两相结合下不仅能提高生产质量，带来光伏电池转换效率的一定提升、更逼近理论极限，而且能减少人工成本、节约生产空间、优化生产布局，促进规模化生产下成本降低。
受光伏行业青睐，各工艺环节持续渗透。在PERC时代，激光设备已经在效率提升和成本节约上起到重要作用。激光加工技术目前主要应用于消融、切割、刻边、掺杂、打孔等环节，主要的工艺内容包括MWT激光打孔，SE激光掺杂、激光扩硼，PERC激光消融，LID/R激光修复以及激光划片/裂片等重要作用。
二、专用激光加工技术：PERC时代充分应用，新技术路径有望延续
（一）PERC仍为行业绝对主力，N型新技术引领未来
理论上，发电量=年平均太阳辐射总量x电池总面积x光电转换效率，假定太阳辐射保持不变，光电转换效率的提升将带来需求电池面积的下降，促进降本增效。目前PERC电池凭借成熟技术和较低成本，成为行业绝对主力，市场占比高达91.2%，年新建量产产线也以其为主。但是，PERC电池转换效率（目前23%左右）正逐渐逼近24%的理论极限，未来提升空间有限。而以TOPCon、IBC、HJT为代表的N型电池转换效率更高，目前量产转换效率在24.0-24.5%左右，理论极限分别可达28.5%/28.7%。随着未来生产上量和工艺突破，成本下行下有望逐步取代PERC电池成为行业下一代主流技术。
（二）PERC：激光开槽设备居核心地位，可叠加SE掺杂等多项技术
PERC相比常规光伏电池主要在背面进行工艺改进。PERC电池全称为钝化发射极和背面电池，其电池结构从常规铝背场电池BSF改进而来。根据《PERC电池专刊》，常规BSF电池由于背表面金属铝膜层中的复合速度无法降至cm/s以下，导致到达铝背层的红外辐射光只有60-70%能被反射回去，极大程度限制了转换效率提升。PERC通过在电池背面附上介质钝化层，阻止载流子在如电池表面与金属电极的接触处等一些高复合区域的复合行为，实现电损失减少；同时可以增强电池下表面光反射，减少光损失，从而带来约1pct的转换效率提升。此外，SE掺杂、MWT、LID/R等多项技术可叠加运用于PERC电池，进一步提升其光电转换效率。
激光开槽：PERC生产核心技术，对应激光开槽设备
PERC电池生产工艺主要新增沉积背面钝化层、开槽形成背面接触两项。PERC电池与BSF电池最大的区别在于电池背面用全表面介质膜钝化和局域金属接触方式取代全铝背场电极，其余较为相似。因此PERC电池生产上和常规生产流程同质性高、较容易实施，主要需要在边缘隔离工序稍作优化，并新增沉积背面钝化层、开槽形成背面接触两项工序。沉积背面钝化层工序段需新增如PECVD、ALD等背面钝化处理设备，而开槽形成背面接触工序段需新增开槽设备。
激光开槽为最优解决方案，化解PERC生产技术难点。根据帝尔激光招股说明书，背面电极透过钝化层实现微纳级高精度的局部接触是PERC生产主要技术难点。加工过程中，需要保证对钝化膜精密刻蚀的同时，不能损伤到硅衬底材料，否则会导致电池转换效率受损。目前产业内主要有光刻、喷墨打印、激光开槽三种解决方案。其中，光刻多用于实验室制备，但其工艺复杂、成本偏高、污染严重的特点限制了大规模产业化应用的可能；喷墨打印技术需要先制备掩膜再腐蚀掉介质层，合计三个工艺步骤，亦较为复杂。而激光开槽采用高峰值功率激光烧蚀介质层，仅需一步就能形成背面电极和硅片的接触窗口，大大降低了生产工艺的复杂性和成本，为最优解决方案。同时，随着硅片厚度不断减薄，激光开槽具备的非接触式加工、精度良率高、加工速度快等特点在规模化生产中优势越发明显。
对应激光开槽设备，行业应用广泛。凭借显著的技术优势，激光开槽设备在光伏行业内大范围普及，设备非常成熟，基本为PERC产线标准配置。
SE激光掺杂：PERC标配工艺，助推转换效率提升
热扩散制备P-N结面临在减少载流子复合和实现良好欧姆接触间如何选择的矛盾。光伏电池发电本质在于形成P-N结，为进行制备首先需要对硅片表面进行磷或硼掺杂，对应形成N+/P+发射极后，和基底硅片共同形成电池P-N结。目前主流生产工艺为热扩散法，对应扩散炉设备。但是，由于扩散炉扩散的N+（扩磷）或P+（扩硼）发射极为均匀掺杂，只能在轻、重两种程度中二选一。若选择轻掺杂，可以减小少数载流子复合，提升短路电流，但会增大发射极和栅线电极的接触电阻。若选择重掺杂，可以减少发射极和栅线电极的接触电阻，但会增加少数载流子复合，也会影响效率。
SE掺杂技术可有效解决轻重掺杂选择矛盾。SE掺杂全称为发射极选择性掺杂，通过在光伏电池电极栅线与硅片接触部位区域进行高浓度磷掺杂，从而降低电极和硅片之间的接触电阻；并在电极以外区域进行低浓度浅掺杂，降低表面复合速率，从而有效实现电池的开压、电流和填充因子改善。SE掺杂技术兼顾轻重掺杂两者的优点，有效提高了光电转换效率。
产业内实现SE掺杂主要有两步扩散法、光刻掩膜法、丝网印刷电极和激光掺杂法这四种解决方案。两步扩散法：先对整个发射区轻扩散，再对电极区重扩散，新增较多工艺步骤和设备，经济性较差，同时二次重扩散会带来杂质二次分布，增加非电极区的表面复合，从而降低电池转换效率。光刻掩膜法：本质也是两步扩散法的一种，先对电极区进行重磷扩散，再进行第二次轻扩散，需引入光刻技术，导致生产成本进一步增加。丝网印刷电极：一次扩散即可达到选择性掺杂效果，工艺相对简化，但局部印刷磷浆会导致表面扩散不均匀，增加表面复合，从而降低转换效率。
激光掺杂法为最优解决方案，成为PERC标配提效工艺。激光掺杂法以扩散产生的磷硅玻璃层为掺杂源，利用激光可选择性加热特性，在光伏电池正表面电极区域形成选择性重掺杂的N++重掺杂区域。相比前三种解决方案，PERC中SE激光掺杂仅增加激光扫描一个工序，无需经过多次高温扩散和掩膜工艺就可以形成选择性发射极结构，具备提效明显、工艺流程简单、投入成本低、设备紧凑、占地面积小、无污染、与传统光伏电池生产线兼容性强等特点，成为行业主流解决方案。对应激光掺杂设备，目前成熟度较高，新建PERC产线均有配备。（报告来源：未来智库）
MWT激光打孔：利于PERC转换效率提升，产业化应用较少
MWT激光开孔技术可用于PERC电池，提升光电转换效率约0.4%。MWT全称为金属穿孔卷绕技术，采用激光打孔、背面布线的技术消除正面电极的主栅线，正面电极细栅线搜集的电流通过孔洞中的银浆引到背面。此设计下，光伏电池的正负电极点都分布在电池片背面，有效减少了正面栅线的遮光，提高光电转换效率，同时能降低银浆消耗量和金属电极-发射极界面的载流子复合损失，具备降本增效的功能。
MWT制造工艺中激光打孔为核心步骤。为较好实施MWT技术，需选择稳定性最佳的激光器，性价比最佳的波长，调整恰如其分的功率、频率、脉宽和光束质量等参数，从而对硅片、铜箔和封装材料做到精准激光打孔，实现产品质量和生产效率的权衡。对应CO2激光打孔设备、微孔UV激光打孔设备等，由于对激光技术要求较为严格且需要玻璃、背板等厂商进行产业链协同，因此实施难度较大，目前产业化进程较慢。
LID/R激光修复：降低光致衰减率，提升PERC使用寿命
LID效应为PERC最大痛点。根据晶澳科技《背钝化电池光致衰减研究》，LID效应即光致衰减效应，作用机理为光照导致掺硼P型硅片体内B-O复合对形成，捕获少数载流子降低体寿命，B和O含量越高，LID效应越严重。而PERC电池采取的背钝化技术虽然大幅降低表面复合速度，带动电池效率提升，却也导致受体寿命影响占比增大，使LID带来的体寿命降低对电池效率产生更大负面影响。根据隆基乐叶《PERC电池LID/LeTID原理与控制》，PERC电池初始光致衰减率增大到了5%以上，很大程度影响其使用寿命。
LID/R激光修复可降低光致衰减率，因实现难度大导致产业化应用较少。根据帝尔激光招股说明书，LID/R工艺通过超高功率光照射电池片，产生大量光生载流子来改变体内氢的价态，快速实现硼氧结构由高活性复合体转变为低活性再生态，以实现降低光致衰减率。其中，激光因高光强、方向性好、能量转换效率高等特性在LID/R工艺中有较好应用效果。但产业化量产中，LID/R激光修复需有快速精准的激光自动化温控系统及商业电池面积尺寸的均匀光照能量覆盖，实现难度较大，导致产业化应用范围有限。
（三）TOPCon：激光硼掺杂为重要工艺，未来发展空间广阔
TOPCon产线可基于PERC产线改建，N型新技术中成熟度最高。TOPCon电池全称为隧穿氧化层钝化接触电池，其主要技术特征为在N型硅衬底背面增加一层超薄隧穿氧化层，再沉积一层高掺杂多晶硅薄层，最后在其上沉积一层金属作为电极，三者共同形成无需开孔的钝化接触结构。其中，高掺杂多晶硅薄层和N型硅衬底接触会形成一种特殊能带结构，使N型硅衬底能带向下弯曲，降低电子传输势垒，因此超薄氧化层可允许多子电子隧穿而阻挡少子空穴透过，使电子和空穴分离、减少复合，提高电池的开路电压和短路电流，从而实现电池效率提升。工艺上，主要将磷扩散替换为硼扩散，新增隧穿氧化层制备、离子注入、退火、单面多晶硅刻蚀四道工序，减少激光开槽一道工序。根据赛瑞达