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超薄太阳电池行业定义及分类

在太阳能电池领域中，厚度超薄且轻质的产品正逐渐成为研究与生产的重点，这即为超薄太阳电池行业所涵盖的范围。相较于传统的太阳能电池通常由诸如硅等厚重物料制备而成，超薄型太阳电池所呈现出更薄的材料层级以及先进的制作工艺，无疑展现了显著的创新性。长久以来，超薄太阳电池所设定的目标即是在维持高度有效能量转换的同时，大幅度缩减材料开支与整体重量，从而使得它们能够更加适应于愈发多元化的使用场景。这种类型的元件因其柔软性、可扭曲式以及个性化设计的特性，不仅得以广泛运用于各式曲面外观、微型设备，且在可穿戴装置等新兴领域中备受青睐。

超薄太阳电池产业的繁荣得益于人们对于可再生能源以及可穿戴科技的需求日益高涨的态势。伴随着科技水平的持续提升，这个业界标杆正在进行深入的调研工作，致力于发掘并改良新型材料、先进制造技术以及新颖设计策略，以便进一步提升效率、降低成本，进而推动超薄太阳电池的商业化普及进程。

图表：超薄太阳电池行业分类

资料来源：智研瞻产业研究院整理

超薄太阳电池制造方法简述

针对第一个阶段

我们首先在一片厚度为350微米的P型硅材料正面生长出一层半导体性能优良的氧化层，之后进一步利用先进的蚀刻工艺在氧化层上开凿出一个微小的圆孔。通过这个小孔，我们实现了N型掺杂元素的精确沉积，最终在硅片上形成了一个完美的P-N结。随后，我们在N型层上引入了一层厚度适中的钝化氧化层，并且在这层氧化层上精心设计了几个连接金属的接口孔，通过将金属填充至这些孔洞中，并使其牢固地吸附在硅片上，最后再使用高效的蚀刻技术将金属加工成为一条规则分布的梳齿式内部电路。在此过程中，最后一步是在氧化层上沉积一道具有优异反射防止功能的涂层，此涂层由一层氧化钽与数层氧化铝组成。为了测试电池性能，我们还在硅片的背面增添了一层烧结后的铝层。

关于第二个阶段

我们选择了一片高质量的玻璃盖，并使用一种透明的抗紫外线粘合剂将其紧紧贴附在硅片正面，这层粘合剂能大大提高可见光的穿透率，减少不利于我们观察实验结果的紫外线反射。选用的粘合剂是一种包含含氟聚合物的特殊成分，具备卓越的抗紫外线能力。

至于第三个阶段

我们首先使用传统的研磨设备对硅片背面进行精细打磨，将硅片的总体厚度削减至约100微米。紧接着，我们使用一个陶瓷材质的、无变形且真空操控的吸盘对手背进行抛光处理，使得硅片背面的光洁度误差控制在 ±3微米以内。完成上述步骤后，我们使用氢氧化钾溶液对面向背面的硅片进行腐蚀硬化，直至硅片的厚度缩小到50微米。再经过一轮氢氟酸和盐酸混合液的深度处理后，我们理想地融去了大约1000到2000安培，从而在硅片上留下了一个崭新的、易于观察的表面。接下来的操作是在已经精工细作的背面涂抹一层电阻性接触图层。具体实施如下：我们先把20%-50%的硼含量的非晶硅均匀地沉积在硅片背面，厚度介于50-500微米之间。然后借助光学脉冲激光器进行局部熔化，使得非晶硅能够部分渗透进硅片，形成一层薄薄的合金涂层。接着，我们用真空吸盘覆盖住背面的全部区域。在此过程中，我们使用的是靶材为钕-钇铝石榴石的激光激发源，这种激光器的能量密度较为温和（1J每平方厘米-3J每平方厘米），因此只需要少许的激光就可以慢慢深入硅片而不损伤其原子结构，更不会产生再结合中心。同时，激光脉冲的波长很小，仅有50纳秒，这就避免了正面的粘结层因过热而失效，确保粘结层的平均温度始终保持在摄氏150度以下。在电阻性接触层的反面，我们再次沉积了一层绝缘材料，它们主要是从深绿色玉髓中的硅烷和氨分解而来，其制备温度常在摄氏100度。最后，我们运用高超的蚀刻技巧在绝缘层上开凿若干接触孔，并在孔内逐步沉积一层薄薄的铝，这不仅会让那层铝起到光反射器的作用，而且还可以用作硅片背面电气性能的良好连接点。

图表：超薄太阳电池制造方法简述

资料来源：智研瞻产业研究院整理

超薄太阳电池行业产业链分析

超薄太阳电池行业上游部分主要涉及太阳能电池的原材料生产和提供。这包括硅材料、钙钛矿材料、有机材料、薄膜材料等的生产商或供应商。超薄太阳电池行业下游包括太阳能系统集成商、建筑一体化太阳能电池系统开发商、便携式太阳能充电器制造商等。同时，最终用户如建筑行业、户外设备制造商、消费电子产品制造商等也属于下游。

图表：超薄太阳电池行业产业链结构

资料来源：智研瞻产业研究院整理

超薄太阳电池行业市场规模

统计数据显示，2018年中国超薄太阳电池行业市场规模230.6亿元，2023年H1中国超薄太阳电池行业市场规模131.9亿元。2018-2023年H1中国超薄太阳电池行业市场规模如下：

图表：2018-2023年H1中国超薄太阳电池行业市场规模

资料来源：智研瞻产业研究院整理

超薄太阳电池行业关键技术及工艺

硅片切割技术

凝胶研磨液硅片切割技术乃是前述诸多在线切割技术中的典型代表之一，这种古老的方法常常依赖大量的碳化硅（SiC）以及聚乙二醇（PEG）作为切割介质来操控硅片进行精细加工，然而，由于这样的加工方式对于硅片造成过度损害，以至于切割完成后需要通过腐蚀处理来消除硅片表面的损伤层，从而导致采用这种方法难以得到适合大规模工业化生产的单晶硅薄片。相比较之下，备受关注的新型金刚线切割技术则主要依靠附有金刚石微粒的金属线来实施对硅锭的切割，其常用冷却剂为纯净水。尽管相比于凝胶研磨液硅片切割技术，金刚线切割技术的初期投资可能较为昂贵些许，但是由于它具备高速切割的优势，而且无需SiC和PEG等切割介质，因此能有效地降低生产成本，并且现如今正在逐步变为众多大型企业所采纳的首选制造工艺。

自动化生产

近年来，受到全球经济环境的深刻影响，包括太阳能在内的多个行业的国内外知名企业纷纷陷入经营困境，面临破产申请。然而，值得庆幸的是中国重要的光伏企业仍能保持足够的韧性，维持正常的生产运营，原因在于我国的光伏制造业仍然依赖于劳动密集型模式，相对于西方发达国家而言，人工成本仍然相对较低。然而，随着未来光伏产业发展方向逐渐向超薄电池转移，由于过于纤弱的硅片在切割或者电池制备过程中易形成不易察觉的裂纹，人工手动操作大大增大了硅片的破损率，因此，原有的劳动密集型生产模式将不能满足超薄硅片的快速发展需求。我们相信，全自动生产太阳电池必将成为未来太阳能电池制备领域的主流发展趋势。

电极制备技术

太阳电池技术的飞速发展，离不开浆料用具的不断改良和创新。随着硅片厚度的逐步减小，低于140μm、120μm乃至100μm，为了应对新形势的挑战，新型铝浆材料必须要有在高温烧结条件下表现出极佳的低翘曲率特性以及优秀的背后场等优点。若电极片翘曲问题严重，将会直接影响到太阳电池的整体性能，甚至在组件制备过程中大幅提升硅片的碎裂率。此外，新型的银浆材料也需要与更低温度的铝浆烧结工艺相搭配，从而达到降低金属与半导体之间接触电阻的目的。

采用诸如Ni/Cu/Ag等复合结构的前电极电镀以及背面蒸镀铝工艺已经被成功应用于实际的电池产品生产之中，例如Suntech公司的“冥王星”（Pluto）电池就是一例证。考虑到在电镀或蒸镀铝之后仅需较低的退火温度就能获得良好的欧姆接触性能，从而杜绝硅片产生翘曲现象。在此基础之上，这些先进的电镀和蒸镀技术能够替代传统的丝网印刷技术，从而简化制造工艺，减轻硅片承受的外部压力，降低硅片的碎裂率。与此同时，还应当认识到电镀工艺拥有简易便捷和成本低廉的优势，正逐渐成为各大科研机构和企业关注的焦点。另一方面，虽然蒸镀铝工艺在实践运行中有较高的成本投入，但是凭借其卓越的背光反射性能和工艺简便等特点，亦将成为未来超薄电池背面电极制备工艺的主导趋势之一。

最后，提到的是用于HIT等高效电池的透明导电薄膜和低温银浆材料，虽然相对于常规银铝浆材料的成本要高出许多，但是由于它们能够有效地避开高温烧结环节，防止了高温烧结对钝化膜（如氧化铝或非晶硅）的破坏，使得性能优异的电池得以开发出来，因此成为未来电极制备的一种可选方案。

制绒及其后续清洗处理的技术

在硅片厚度逐渐降低至100微米以下的趋势下，传统的碱制绒或者酸制绒工艺往往无法提供良好的双面制绒效果。针对这种情况，当单晶硅的"金字塔"高度达到5微米时，双面"金字塔"的总体高度可能已经上升到了10微米的级别，这对于超薄硅片来说无疑是引入了巨大的潜在应力和隐裂纹。这无疑增加了后续电池制备的碎片率，成为亟待解决的关键问题之一。为了应对这个挑战，我们可以采取两种策略：第一，通过改进制绒工艺，以获得光学性能基本保持稳定甚至有所提升的精细绒面结构；第二，尝试使用一些新颖的制绒工艺手段，比如单面碱制绒、单面酸制绒乃至干法制绒等方式来实现对硅片的单面制绒。

现有的后清洗设备通常采用滚轮单面去背结流水线进行操作，一般都需要硅片的最小厚度至少达到160微米至140微米。然而，如果使用过于纤薄的硅片，例如厚度只有60微米的硅片，那么现有的工业水平下单面化学湿法腐蚀去背结的方法，很可能会导致位于硅片底部的化学腐蚀液绕过硅片边缘，扩散到硅片的正面，对正面的PN结造成严重损害。正是因为这一担忧，我们在本次实验研究中选择了正面涂覆SiNx作为掩模，以便有效地对超薄硅片实施去背结处理。此外，随着硅片厚度进一步降低，例如降低至60微米，硅片将展现出一定程度的弹性变形，从而在其后清洗工序中在两个滚轴之间产生特定的弯曲。考虑到这些因素，我们认为后清洗设备供应商应当根据硅片厚度的不断变化对现有的设备进行必要的升级与改造。

薄膜沉积工艺

现阶段，现有的管式PECVD薄膜沉积设备所使用的石墨舟普遍采用三维固定结构，以便能够支撑起硅片。然而，这种结构在应用于超薄型硅片时，由于受到重力作用以及热膨胀效应的影响，容易引发硅片发生弯曲，使得二氧化硅（SiO2）或者氮化硅（（SiNx:H）等生成材料绕过硅片的非沉积面，进而影响非沉积面的性能质量，并使相邻硅片的介质膜均匀性变得不理想。鉴于以上问题，我们建议未来的超薄电池研发工作应该致力于对现有的石墨舟挂钩设计进行改良，以期更好的满足实际生产需求。

图表：超薄太阳电池行业关键技术及工艺

资料来源：智研瞻产业研究院整理