| 激光作為工業化工具在光伏行業是一種關鍵的技術，它能確保低成本的制造工藝，生產出高效的太陽能電池。激光器就是實現此目標的理想選擇，并且比起其它的工藝來說，它更加高效。因為一方面它提高了生產流程中的工藝可靠性，另一方面降低了生產成本。這些優勢在生產晶硅太陽能電池和薄膜太陽能電池中得到了充分的體現。 大規模生產的趨勢正推動著“光刀”的發展。這是因為在激光技術上的投資能快速得到回報，特別是當今已經安裝的那些每年產能在60MW~100MW的生產線，通常來說，激光器都能發揮其潛在的優勢。 其優勢概括如下： ● 激光作為工具被使用，因為在光伏行業中針對不同材料（硅、金屬、電介質）的吸收，可以選擇正確波長。 ● 短波或脈沖激光能保證較低的光熱效度。 ● 對于易碎材料的加工，通過非接觸式的方法減小機械沖擊是建立可靠的工藝生產線的基礎。 ● 在更換工具后，昂貴的工藝調整過程就不必要了，因此減少了生產過程中的停機時間。 “光刀”和晶硅太陽能電池的生產 在仍占主導地位的晶硅太陽能電池生產中，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。在這一應用上，激光已勝過其它傳統的工藝。等離子刻蝕未能滿足自動化要求，破損率很高。 經驗證的工藝：晶硅電池的選擇性摻雜 激光器越來越多地用于摻雜工藝，因為它能在太陽能電池上提高局部摻雜濃度的分布，從而改善載流子的移動性，特別是接觸柵極。至少六個不同的工藝在市場上互相競爭，幾乎所有的工藝都是基于激光技術。例如，經過特殊設計的激光裝量可以毫無損傷地在磷硅玻璃上將磷擴散到硅片的表面，從而提高晶圓和接觸電極之間的導電率。通過一系列的測試表明，不同的擴散濃度，最高可提升5%的光電轉換效率。 用數字舉例：激光器降低每瓦成本 激光器未來的另一個應用包括在晶硅太陽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，因為它們具有絕佳的光束質量，這些條件都只能通過碟片激光技術才能實現。由于激光輸出功率的可擴展性，從而達到更高的生產能力，超短脈沖中的高光束質量，顯著提高了太陽能電池的轉換效率，這樣就可以大大減少未來太陽能電池每瓦特的成本。 未來的市場：用于薄膜太陽能電池加工的激光器 薄膜太陽能電池在過去幾年里得到了快速的發展，專家們希望能在中期內得到20%的市場份額。在薄膜太陽能電池的生產中，激光器在結構化和電池單元互連上起著決定性的作用，以確保太陽能模塊能達到所要求的絕緣強度。 已確立的工藝：激光刻線 根據不同的膜層，激光刻劃由碲化鎘或非晶硅薄膜制成的導電和光敏涂層。通過這種工藝，涂在玻璃基板上的涂層被分割成互相串聯的電池。這樣，電池的寬度決定了電池和模塊的電壓。準確地講，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線上。所謂的刻線是將30~80μm大小的單個光脈沖串聯起來，而在P1中采用幾十納秒脈寬（10~80ns）的脈沖來刻蝕。當加工到膜層的邊緣時，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減少。 前景展望： 新型TCO衍生物 目前，專家們正在觀察太陽能電池制造商試驗新導電透明氧化物—TCO衍生物以實現更高效率，提高生產率。通常TCO是通過紅外激光相對高脈沖重疊率進行加工的。但在某些情況下，需要尋找新的激光參數來加工新的混合物。 皮秒激光器的挑戰：CI(G)S、電池 眾所周知，由Cu(In、Ga) (S、Se)組成的薄膜電池也被稱為CIGS，對激光加工提出了特別大的挑戰，其所使用的材料是最大的挑戰。如果基板是玻璃，那么鉬薄膜在一開始刻線的階段就要加工。然而鉬沸點高，導熱性好，熱容量高。如果熱被應用到鉬層上，就會導致裂縫和剝落。如用納秒激光脈沖加工，這些缺點將無法避免，從而導致質量的降低。光敏材料也會對導入的高熱容易受到影響。硒比其他材料，例如銅、銦、鎵的沸點低，因此，在低溫時，可以從混合物中脫離。通過“長”激光脈沖加工，會導致邊緣區短路，因為沒有硒的半導體會轉換成合金。 邊緣清除：激光器將取代噴砂法 為了保護薄膜太陽能電池免于不利環境的影響，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，進而通過層壓保護。這樣能保護太陽能電池免于腐蝕，并長期防止短路。噴砂法是目前被廣泛使用的方法，盡管噴砂設備投資成本低，但在加工過程中，會由于磨損、清除沙子，以及相關檢測而產生高昂的后續費用，這是噴砂法的劣勢。因此，激光器是再適合不過的了，通過提高激光功率可以提升工藝的特性。清除速率可以達到50cm2/s以上，或者在30s內加工完一片標準的電池模塊。以下數據充分表明激光器的投入是值得的：相對于傳統的噴砂，通過激光加工每個模塊的成本從0.45歐元下降到0.16歐元；在一個 60MW的工廠，每年的生產成本將節省大約175,000歐元。 總結 因此，從上文中我們得出結論，激光器是未來光伏行業的主要工具。隨著材料越來越薄，以及更高的生產率，非接觸的“光刀”發揮出它的優勢。當決策者不僅僅只是考慮初始投資，而是考慮整體擁有成本時，這一點尤其重要。激光器不需要修整時間，也不需要昂貴的工藝評估時間，因為激光器不會磨損。此外，內部監控系統在當前的激光系統中是標準的，因此在24/7的工作制中，也不必調整工藝參數。 通過高穩定性和巨大的輸出儲備所獲得的最佳可重復性，為達到最高生產效率提供了基礎。激光器為減少非生產性時間提供了更多選擇。例如，通過時間共享，一臺激光器可以為多個工作站服務，因此上下料不影響激光器總的生產效率。 |
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