光伏行業(yè)受益于激光技術(shù)

作為工業(yè)化工具的激光在光伏行業(yè)是一種關(guān)鍵的技術(shù)。激光能確保低成本的制造工藝，生產(chǎn)出高效的太陽(yáng)能電池。激光器就是實(shí)現(xiàn)此目標(biāo)的理想選擇，并且比起其它的工藝它更高效，因?yàn)樗环矫嫣岣吡松a(chǎn)流程中的工藝可靠性，另一方面降低了生產(chǎn)成本。這些優(yōu)勢(shì)在生產(chǎn)晶硅太陽(yáng)能電池和薄膜太陽(yáng)能電池中得到了充分的體現(xiàn)。

大規(guī)模生產(chǎn)的趨勢(shì)正推動(dòng)著“光刀”的發(fā)展。這是因?yàn)樵?strong>激光技術(shù)上的投資能快速得到回報(bào)，特別是當(dāng)今已經(jīng)安裝的那些每年產(chǎn)能在60-100MW的生產(chǎn)線(xiàn)。通常來(lái)說(shuō)，激光器能發(fā)揮其潛在優(yōu)勢(shì)。

激光作為工具被使用，因?yàn)樵诠夥袠I(yè)中針對(duì)不同材料（硅，金屬，電介質(zhì)）的吸收可以選擇正確波長(zhǎng)。

短波或脈沖激光能保證較低的光熱效度。

對(duì)于易碎材料的加工，通過(guò)非接觸式的方法減小機(jī)械沖擊是建立可靠的工藝生產(chǎn)線(xiàn)的基礎(chǔ)。

在更換工具后昂貴的工藝調(diào)整過(guò)程就不必要了，因此減少了生產(chǎn)過(guò)程中的停機(jī)時(shí)間。

簡(jiǎn)介：“光刀”和晶硅太陽(yáng)能電池的生產(chǎn)

在仍占主導(dǎo)地位的晶硅太陽(yáng)能電池生產(chǎn)中，激光器一直被用于切割硅片和邊緣絕緣。電池邊緣的摻雜是為了防止前電極和背電極的短路。在這一應(yīng)用上，激光已勝過(guò)其它傳統(tǒng)的工藝。等離子刻蝕未能滿(mǎn)足自動(dòng)化要求，破損率很高。

經(jīng)驗(yàn)證的工藝：晶硅電池的選擇性摻雜

激光器越來(lái)越多地用于摻雜工藝，因?yàn)樗茉谔?yáng)能電池上提高局部摻雜濃度得分布從而改善載流子的移動(dòng)性，特別是接觸柵極。至少六個(gè)不同的工藝在市場(chǎng)上互相競(jìng)爭(zhēng)，幾乎所有的工藝都是基于激光技術(shù)。例如，經(jīng)過(guò)特殊設(shè)計(jì)的激光裝量可以毫無(wú)損傷在磷硅玻璃把磷擴(kuò)散到硅片的表面，從而提高晶圓和接觸電極之間的導(dǎo)電率。在一系列的測(cè)試中表明，不同的擴(kuò)散濃度最高可提升5%的光電轉(zhuǎn)換效率。

用數(shù)字舉例：激光器降低每瓦成本

激光器未來(lái)的另一個(gè)應(yīng)用包括在晶硅太陽(yáng)能電池上選擇性燒蝕鈍化層。超短脈沖和高脈沖能量的激光器特別合適，因?yàn)樗鼈兙哂薪^佳的光束質(zhì)量，這些條件都只能通過(guò)碟片激光技術(shù)才能實(shí)現(xiàn)。由于激光輸出功率的可擴(kuò)展性，從而達(dá)到更高的生產(chǎn)能力，超短脈沖中的高光束質(zhì)量顯著提高太陽(yáng)能電池的轉(zhuǎn)換效率。這樣就可以大大減少未來(lái)太陽(yáng)能電池每瓦特的成本。

未來(lái)的市場(chǎng)：用于薄膜太陽(yáng)能電池加工的激光器

薄膜太陽(yáng)能電池在過(guò)去幾年里得到了快速的發(fā)展。專(zhuān)家希望能在中期內(nèi)得到20%的市場(chǎng)份額。在薄膜太陽(yáng)能電池的生產(chǎn)中，激光器在結(jié)構(gòu)化和電池單元互連上起著決定性的作用，以確保太陽(yáng)能模塊能所要求的絕緣強(qiáng)度。

已確立的工藝：激光刻線(xiàn)

根據(jù)不同的膜層，激光刻劃由碲化鎘或非晶硅薄膜制成的導(dǎo)電和光敏涂層。通過(guò)這種工藝，涂在玻璃基板上的涂層被分割成互相串聯(lián)的電池。這樣，電池的寬度決定了電池和模塊的電壓。準(zhǔn)確的，有選擇地和非接觸的激光加工工藝可以可靠地集成到生產(chǎn)線(xiàn)上。所謂的刻線(xiàn)是將30-80μm大小的單個(gè)光脈沖串聯(lián)起來(lái)，而在P1中采用幾十納秒脈寬（10到80ns）的脈沖來(lái)刻蝕。當(dāng)加工到膜層的邊緣時(shí)，材料的一部分被升華，蒸汽壓力可以吹走被刻蝕的材料。因此，加工的能量小了，底部材料的熱影響也會(huì)減少。

前景展望：新型TCO衍生物

目前專(zhuān)家們正在觀察太陽(yáng)能電池制造商試驗(yàn)新導(dǎo)電透明氧化物-TCO衍生物以實(shí)現(xiàn)更高效率，提高生產(chǎn)率。通常TCO是通過(guò)紅外激光相對(duì)高脈沖重疊率進(jìn)行加工的。但在某些情況下，需要尋找新的激光參數(shù)來(lái)加工新的混合物。

皮秒激光器的挑戰(zhàn)：CI(G)S、電池

眾所周知，由Cu(In,Ga)(S,Se)2組成的薄膜電池也被稱(chēng)為CI(G)S對(duì)激光加工提出了特別大的挑戰(zhàn)。其所使用的材料是最大的挑戰(zhàn)。如果基板是玻璃，那么鉬薄膜在一開(kāi)始刻線(xiàn)的階段就要加工。然而鉬沸點(diǎn)高，導(dǎo)熱性好，熱容量高。如果熱被應(yīng)用到鉬層上，就會(huì)導(dǎo)致裂縫和剝落。用納秒激光脈沖加工不可避免這些缺點(diǎn)，從而導(dǎo)致質(zhì)量的降低。光敏材料也會(huì)對(duì)導(dǎo)入的高熱易受影響的。硒比其他材料例如銅、銦、鎵的沸點(diǎn)低，因此在低溫時(shí)可以從混合物中脫離。通過(guò)“長(zhǎng)”激光脈沖加工會(huì)導(dǎo)致邊緣區(qū)短路因?yàn)闆](méi)有硒的半導(dǎo)體會(huì)轉(zhuǎn)換成合金。

邊緣清除：激光器將取代噴砂法

為了保護(hù)薄膜太陽(yáng)能電池免于不利環(huán)境的影響，特別是防潮，在電池模塊的四周需要清除大約1厘米寬度的膜層，然而通過(guò)層壓保護(hù)。這能保護(hù)太陽(yáng)能電池免于腐蝕以及長(zhǎng)期防止短路。噴砂法目前被廣泛使用。盡管?chē)娚霸O(shè)備投資成本低，但在加工過(guò)程中會(huì)由于磨損、清除沙子以及相關(guān)檢測(cè)而產(chǎn)生的高昂后需費(fèi)用。因此，激光器是再適合不過(guò)的了。通過(guò)提高激光功率可以提升工藝的特性。清除速率可達(dá)50cm2/s以上，或者在30s內(nèi)加工完一片標(biāo)準(zhǔn)電池模塊。以下數(shù)據(jù)充分表明激光器的投入是值得的。相對(duì)于傳統(tǒng)的噴砂，據(jù)報(bào)道通過(guò)激光加工每個(gè)模塊的成本從0.45歐元下降到0.16歐元。在一個(gè)60MW的工廠，每年的生產(chǎn)成本將節(jié)省大約175,000歐元。

總結(jié)：

因此我們能從上文得出什么結(jié)論呢？激光器是未來(lái)光伏行業(yè)的主要工具。隨著材料越來(lái)越薄以及更高的生產(chǎn)率，非接觸的“光刀”發(fā)揮著它的優(yōu)勢(shì)。當(dāng)決策者不僅僅考慮初始投資，而是考慮整體擁有成本時(shí)，這一點(diǎn)尤其正確。激光器不需要修整時(shí)間也不需要昂貴的工藝評(píng)估時(shí)間因?yàn)榧す馄鞑粫?huì)磨損。此外，內(nèi)部監(jiān)控系統(tǒng)在當(dāng)前的激光系統(tǒng)中是標(biāo)準(zhǔn)的，因此在24/7的工作制中也不必調(diào)整工藝參數(shù)

通過(guò)高穩(wěn)定性和巨大的輸出儲(chǔ)備所獲得的最佳可重復(fù)性為達(dá)到最高生產(chǎn)效率提供了基礎(chǔ)。激光器為減少非生產(chǎn)性時(shí)間提供了更多選擇。例如，通過(guò)時(shí)間共享，一臺(tái)激光可以為多個(gè)工作站服務(wù)，因此上下料不影響激光器總的生產(chǎn)率。