在光伏產(chǎn)業(yè)邁向35%理論效率極限的進(jìn)程中，表面紋理化技術(shù)已成為突破傳統(tǒng)硅電池物理瓶頸的關(guān)鍵路徑。通過激光加工在硅片表面構(gòu)建微納結(jié)構(gòu)，可顯著增強(qiáng)光吸收能力，但加工參數(shù)的精準(zhǔn)控制直接影響紋理形貌與光電性能的耦合效果。本文從激光工藝原理、參數(shù)優(yōu)化策略及產(chǎn)業(yè)化應(yīng)用三個維度，系統(tǒng)闡述表面紋理化的增效機(jī)制。

一、激光紋理化的增效原理

傳統(tǒng)金字塔狀紋理雖能提升光捕獲效率，但受限于加工精度，難以實現(xiàn)亞微米級結(jié)構(gòu)的均勻分布。激光加工通過高能光束與硅材料相互作用，產(chǎn)生熔融、汽化或相變效應(yīng)，可精確控制紋理形貌。例如，采用皮秒激光在單晶硅表面制備的“黑硅”結(jié)構(gòu)，其反射率可降至5%以下，較傳統(tǒng)酸腐蝕工藝降低60%。這種結(jié)構(gòu)通過多重散射效應(yīng)延長光程，使短波光子在材料內(nèi)部經(jīng)歷多次吸收，顯著提升光譜響應(yīng)范圍。

二、核心參數(shù)的優(yōu)化策略

脈沖能量與重復(fù)頻率

脈沖能量直接影響材料去除速率與熱影響區(qū)范圍。實驗表明，當(dāng)脈沖能量從50μJ提升至200μJ時，硅表面熔池直徑擴(kuò)大3倍，但過高的能量會導(dǎo)致熔融物再凝固形成非理想形貌。重復(fù)頻率則調(diào)控相鄰脈沖的疊加效應(yīng)，在100kHz高頻條件下，熱累積效應(yīng)可使表面粗糙度降低40%，但需平衡加工效率與結(jié)構(gòu)精度。例如，隆基綠能在N型TOPCon電池制造中，采用200kHz重復(fù)頻率與150μJ脈沖能量組合，實現(xiàn)紋理深度1.2μm、粗糙度Ra=0.3μm的優(yōu)化形貌，使電池效率提升0.8%。

掃描速度與光斑重疊率

掃描速度決定單位面積能量輸入密度。當(dāng)速度從100mm/s提升至500mm/s時，紋理間距從0.8μm擴(kuò)大至2.5μm，導(dǎo)致光捕獲效率下降15%。光斑重疊率通過調(diào)控相鄰脈沖作用區(qū)域?qū)崿F(xiàn)形貌連續(xù)性。德國Fraunhofer研究所采用90%重疊率方案，在多晶硅表面構(gòu)建出周期性凹凸結(jié)構(gòu)，使光反射率從32%降至8%，短路電流密度提升3.2mA/cm2。

波長與偏振態(tài)調(diào)控

波長選擇影響材料吸收系數(shù)與加工精度。532nm綠光因硅材料高吸收特性，適用于淺層紋理加工；而1064nm紅外光穿透深度達(dá)50μm，可制備深層結(jié)構(gòu)。偏振態(tài)調(diào)控則能定向誘導(dǎo)各向異性紋理。日本松下公司通過線偏振激光在硅片表面形成定向溝槽，使光吸收具有角度選擇性，在AM1.5光譜下效率提升1.1%。

三、產(chǎn)業(yè)化應(yīng)用挑戰(zhàn)與突破

紋理化工藝需與后續(xù)制程兼容。例如，鈣鈦礦/硅疊層電池要求紋理表面粗糙度Ra<0.5μm，以避免鈣鈦礦層沉積不均。2025年《科學(xué)》雜志報道的33.1%效率紀(jì)錄，正是通過激光紋理化與原子層沉積（ALD）鈍化技術(shù)的協(xié)同優(yōu)化實現(xiàn)。該研究采用雙波長激光復(fù)合加工：先用1064nm紅外光制備基礎(chǔ)紋理，再以532nm綠光進(jìn)行表面拋光，最終在金字塔頂端形成納米級凸起結(jié)構(gòu)，使鈣鈦礦層覆蓋率從78%提升至99%。

四、未來技術(shù)演進(jìn)方向

隨著超快激光（飛秒/阿秒）技術(shù)的成熟，無熱影響區(qū)加工將成為可能。美國貝爾實驗室模擬顯示，飛秒激光制備的錐形紋理可使光吸收效率突破95%，且無需后續(xù)化學(xué)蝕刻。此外，機(jī)器學(xué)習(xí)算法正被引入?yún)?shù)優(yōu)化流程，通過構(gòu)建加工參數(shù)-形貌特征-光電性能的數(shù)字孿生模型，可將實驗周期從數(shù)月縮短至數(shù)天。

從實驗室創(chuàng)新到規(guī)?；a(chǎn)，激光紋理化技術(shù)正推動光伏產(chǎn)業(yè)向更高效率、更低成本的方向演進(jìn)。隨著材料科學(xué)與智能制造的深度融合，表面微納結(jié)構(gòu)的設(shè)計自由度將持續(xù)提升，為全球能源轉(zhuǎn)型提供關(guān)鍵技術(shù)支撐。