兰州大学刘奇明/贺德衍&隆基绿能徐希翔等综述：高效晶硅太阳电池中的先进激光技术

Advanced Laser Technologies for Efficient Crystalline Silicon Solar cells

Hao Liu, Zilei Wang, Zebin Tan, Yonghui Chen, Jie Yang, Yibing Shen, Mingzhi Lv, Qiming Liu, Chaowei Xue, Liang Fang, Xixiang Xu & Deyan He

Nano-Micro Letters (2026)18:348

https://doi.org/10.1007/s40820-026-02199-4

本文亮点

1. 领域首篇、全面认知：首篇覆盖晶硅太阳电池研发和产业制造中激光技术的系统性综述。完整追溯了激光技术从实验室到规模化量产的全历程，量化了其助力太阳电池效率突破、成本降低、产能提升的核心产业价值，强调了激光技术日益关键的地位。完整构建了激光光伏领域的知识体系，填补了该领域的综述空白。

2. 底层机制精准拆解：厘清了波长、脉宽等核心激光参数对加工效果的影响规律，明确了纳秒/超快激光的适用边界与选型原则，建立了工艺-性能的量化指导体系，解决了行业参数优化无体系、选型无依据的核心痛点。

3. 直面核心问题、指引发展方向：明确激光技术是破解BC、HJT、TOPCon、硅基叠层等下一代电池量产瓶颈的关键，直面激光加工热致损伤、成本-产能失衡等核心瓶颈，明确了超快激光普及、叠层电池适配、智能化集成制造三大未来发展方向，为光伏激光技术的产业化迭代提供了清晰可落地的路线图。

研究背景

激光技术在晶体硅(c-Si)光伏制造领域中具有悠久的历史和广泛的应用，已成为生产高效太阳能电池的关键使能技术，尤其是在满足日益增长的能源需求和推动光伏产业向更高效率、更低成本方向发展方面发挥着重要作用。已有大量研究探讨了不同特征参数的激光在光伏行业中的应用，但是大多局限于单一场景的描述，缺乏对激光加工技术的系统性综述。因此，本综述填补了这一空白，提供了对激光技术在光伏产业中应用的深入理解，并为未来的研究方向提供了指导。

内容简介

激光加工技术在高效晶体硅(c-Si)太阳能电池的制造中起着至关重要的作用。兰州大学刘奇明、贺德衍&隆基绿能徐希翔等人系统地分析了激光技术在光伏行业中的基本原理和应用，涵盖了从掺杂、烧蚀到晶化和金属化优化的整个激光加工技术谱系。文章首先探讨了激光参数对激光-材料相互作用机制的关键影响，这些机制最终决定了加工质量和热损伤的程度。综述中详细讨论了激光在特定应用领域的利用，包括利用激光热效应进行掺杂、氧化和晶化；激光图案化用于创建选择性发射极、钝化层开膜和复杂结构定义；以及激光在先进金属化技术中的革命性作用，特别是激光图案转移印刷和激光辅助烧结。最后，综述概述了未来的发展趋势，强调了超快激光的优势及其与新型串联电池集成的潜力，以及智能多功能站的兴起，以推动c-Si太阳能电池的效率和成本效益。这项研究的重要性在于，它不仅为激光加工技术在太阳能电池制造中的应用提供了全面的视角，还为下一代电池架构的商业化克服特定制造瓶颈提供了关键的启示和解决方案。

图文导读

I 核心密码：激光加工关键参数，决定电池性能天花板

激光加工的最终效果与电池性能直接挂钩，而核心参数的选择，正是决定加工质量、热损伤程度的底层逻辑。核心结论：纳秒激光凭借低成本、高产能适配热加工场景，超快激光凭借极小热损伤适配高精度敏感器件加工，二者形成互补，共同覆盖晶硅电池全工艺场景。

图1. 激光加工参数。a 激光-材料相互作用机制与激光波长和相互作用时间的映射。b 高斯和c 平点光束及其各自的空间重叠概述。

II 全链条赋能：激光技术三大核心应用方向全覆盖

2.1 激光诱导材料改性：从原子层面优化电池本征性能

a.激光掺杂(LDSE)：通过激光瞬态熔池实现杂质非平衡扩散，冷却速率超10⁶K/s，可实现1–2μm精准结深、~5×10¹⁹cm⁻³表面掺杂浓度，是PERC/TOPCon电池选择性发射极制备的核心技术，大幅降低界面复合与接触电阻。

图2. 激光掺杂。高温热扩散示意图。b激光掺杂示意图。c激光掺杂过程中熔池的数值模拟结果(箭头表示熔体对流)。d工业PERC太阳能电池结构示意图。e激光掺杂PERC太阳能电池掺杂工艺流程示意图。

b.激光氧化：可控氧化可制备1–2nm SiOₓ薄膜，用作刻蚀掩模、减反层改性；通过皮秒激光加工，可将硅片界面氧含量降低50%，有效抑制非预期氧化带来的接触电阻升高问题。

c.激光晶化：实现a-Si向poly-Si/μc-Si的可控转变，显著提升薄膜导电性与钝化质量，助力TOPCon电池效率达19.91%，HJT电池认证效率突破26.81%。

2.2 激光图形化：实现微纳尺度超高精度结构制备

a.激光烧蚀(LA)：实现钝化层精准开口、TCO薄膜图形化、BC电池pn区叉指结构隔离，是背接触电池的核心工艺，助力隆基实现BC电池27.81%的世界纪录效率。

b.激光打孔：为MWT/EWT电池制备导电通孔，大幅减少正面栅线遮光损失，相关技术产业化电池效率超23%；同时可用于透明太阳能电池(TSC)微孔制备，拓展光伏应用场景。

c.叠层电池适配：通过P1/P2/P3三步激光划线，实现钙钛矿-晶硅叠层电池的子电池串联互联，是突破晶硅单结效率极限的关键配套技术。

图3. 激光图形化。a基于双温度模型的超短LA模型，其中Te是电子温度，Tl是晶格温度。钝化接触半导体层(通常是b、c发射极或基极层和d TCO膜)的激光图案化示意图。e直接LA示意图。

2.3 激光金属化：破解降本增效核心行业痛点

a.激光图案转印(LPTP)：可制备线宽＜20μm的超细栅线，相比传统丝网印刷银浆消耗降低~54%，完美适配HJT电池低温工艺要求。

b.激光增强接触优化(LECO)：通过激光诱导形成Ag-Si微合金，大幅降低TOPCon电池接触电阻率，可实现电池效率提升≥0.5%，同时支持无铝浆金属化，提升器件长期可靠性。

c.激光辅助烧结：替代传统高温炉管烧结，实现局域化选择性加热，避免硅片翘曲与钝化层失效，适配热敏薄膜加工需求。

图4. 晶硅太阳电池的激光辅助金属化。a为LPTP工作原理示意图。b激光传输和点火过程顺序示意图。c应用于TOPCon太阳能电池的LECO工艺示意图。d透射电镜和Ag-Si接触界面的选区电子衍射图像。

III 行业痛点：激光技术规模化应用的五大核心挑战

a.热诱导损伤：纳秒激光加工易产生大范围热影响区，极端情况下可导致硅片少子寿命从6ms骤降至0.6ms，严重劣化电池性能；

b.工艺诱导复合：激光加工易引发硅晶格缺陷，形成载流子复合中心，提升饱和电流密度，造成电池开路电压(Voc)下降；

c.成本-产能权衡：皮秒/飞秒超快激光设备采购与运营成本高，纳秒激光则存在加工精度不足的问题，量产场景需做性能与成本的平衡；

d.参数敏感性高：先进电池多层膜结构复杂，激光加工工艺窗口窄，大尺寸硅片量产的良率控制难度大；

e.产线集成难度：激光设备与现有光伏产线的自动化兼容、粉尘污染控制、洁净室标准匹配等工程化问题，仍需持续优化。

IV 未来展望：四大方向引领光伏激光技术新变革

a.超快激光主流化：皮秒/飞秒激光从小众应用走向量产普及，实现“冷加工”与原子级加工精度，最小化热损伤，适配下一代敏感型电池结构；

b.叠层电池定制化：开发适配钙钛矿-晶硅叠层电池的专用激光工艺，解决多层膜低温、高精度互联的核心需求，支撑叠层电池规模化落地；

c.智能激光站普及：结合原位传感与AI闭环调控，打造多功能集成智能激光加工站，实现多工序一体化加工，大幅提升量产一致性与良率；

d.绿色制造升级：以激光干法工艺替代传统光刻、湿法化学刻蚀，显著降低光伏制造的能耗与化学污染，助力光伏产业全链条碳中和。

V 总结

本文由兰州大学与隆基绿能校企合作，是光伏领域首篇系统性覆盖高效晶硅太阳能电池全制造链条、全主流技术路线的激光技术全景式研究，完整构建了激光技术在晶硅光伏领域的理论体系与产业应用框架。

文章先从底层原理厘清了激光关键参数对加工效果的决定性影响，明确了纳秒与超快激光的适用边界，完整梳理了激光技术从实验室探索到光伏规模化量产的演进历程；核心部分系统拆解了激光材料改性、图形化、辅助金属化三大应用体系，阐明了其破解传统工艺瓶颈、支撑PERC/TOPCon/HJT/BC等主流电池效率提升的核心作用。

同时，文章直面激光加工现存的热致损伤、成本-产能平衡等行业难题，指明了超快激光普及、叠层电池适配、智能化集成制造三大未来发展方向。本文填补了光伏激光领域全链条研究的空白，构建了完整的理论与工艺指导体系，论证了激光技术是下一代高效晶硅电池商业化的核心赋能技术，为行业学术研究与产业落地提供了权威指引。

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Nano-Micro Letters《纳微快报(英文)》是上海交通大学主办、在Springer Nature开放获取(open-access)出版的学术期刊，主要报道纳米/微米尺度相关的高水平文章(research article, review, communication, perspective, highlight, etc)，包括微纳米材料与结构的合成表征与性能及其在能源、催化、环境、传感、电磁波吸收与屏蔽、生物医学等领域的应用研究。已被SCI、EI、PubMed、SCOPUS等数据库收录，2024 JCR IF=36.3，学科排名Q1区前2%，中国科学院期刊分区1区TOP期刊。多次荣获“中国最具国际影响力学术期刊”、“中国高校杰出科技期刊”、“上海市精品科技期刊”等荣誉，2021年荣获“中国出版政府奖期刊奖提名奖”。欢迎关注和投稿。

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