激光技术应用于光伏行业促得益

时间:2019-10-12 11:10:19点击量:86 作者:杨超月

激光作为工业化工具在光伏行业是一种关键的技术,它能确保低成本的制造工艺,生产出高效的太阳能电池。激光器就是实现此目标的理想选择,并且比起其它的工艺来说,它更加高效。因为一方面它提高了生产流程中的工艺可靠性,另一方面降低了生产成本。这些优势在生产晶硅太阳能电池和薄膜太阳能电池中得到了充分的体现。

大规模生产的趋势正推动着“光刀”的发展。这是因为在激光技术上的投资能快速得到回报,特别是当今已经安装的那些每年产能在60MW~100MW的生产线,通常来说,激光器都能发挥其潜在的优势。

其优势概括如下:

● 激光作为工具被使用,因为在光伏行业中针对不同材料(硅、金属、电介质)的吸收,可以选择正确波长。
● 短波或脉冲激光能保证较低的光热效度。
● 对于易碎材料的加工,通过非接触式的方法减小机械冲击是建立可靠的工艺生产线的基础。
● 在更换工具后,昂贵的工艺调整过程就不必要了,因此减少了生产过程中的停机时间。

“光刀”和晶硅太阳能电池的生产

在仍占主导地位的晶硅太阳能电池生产中,激光器一直被用于切割硅片和边缘绝缘。电池边缘的掺杂是为了防止前电极和背电极的短路。在这一应用上,激光已胜过其它传统的工艺。等离子刻蚀未能满足自动化要求,破损率很高。 经验证的工艺:晶硅电池的选择性掺杂

激光器越来越多地用于掺杂工艺,因为它能在太阳能电池上提高局部掺杂浓度的分布,从而改善载流子的移动性,特别是接触栅极。至少六个不同的工艺在市场上互相竞争,几乎所有的工艺都是基于激光技术。例如,经过特殊设计的激光装量可以毫无损伤地在磷硅玻璃上将磷扩散到硅片的表面,从而提高晶圆和接触电极之间的导电率。通过一系列的测试表明,不同的扩散浓度,最高可提升5%的光电转换效率。

用数字举例:激光器降低每瓦成本

激光器未来的另一个应用包括在晶硅太阳能电池上选择性烧蚀钝化层。超短脉冲和高脉冲能量的激光器特别合适,因为它们具有绝佳的光束质量,这些条件都只能通过碟片激光技术才能实现。由于激光输出功率的可扩展性,从而达到更高的生产能力,超短脉冲中的高光束质量,显著提高了太阳能电池的转换效率,这样就可以大大减少未来太阳能电池每瓦特的成本。

未来的市场:用于薄膜太阳能电池加工的激光器

薄膜太阳能电池在过去几年里得到了快速的发展,专家们希望能在中期内得到20%的市场份额。在薄膜太阳能电池的生产中,激光器在结构化和电池单元互连上起着决定性的作用,以确保太阳能模块能达到所要求的绝缘强度。

已确立的工艺:激光刻线

根据不同的膜层,激光刻划由碲化镉或非晶硅薄膜制成的导电和光敏涂层。通过这种工艺,涂在玻璃基板上的涂层被分割成互相串联的电池。这样,电池的宽度决定了电池和模块的电压。准确地讲,有选择地和非接触的激光加工工艺可以可靠地集成到生产线上。所谓的刻线是将30~80μm大小的单个光脉冲串联起来,而在P1中采用几十纳秒脉宽(10~80ns)的脉冲来刻蚀。当加工到膜层的边缘时,材料的一部分被升华,蒸汽压力可以吹走被刻蚀的材料。因此,加工的能量小了,底部材料的热影响也会减少。

前景展望: 新型TCO衍生物

目前,专家们正在观察太阳能电池制造商试验新导电透明氧化物—TCO衍生物以实现更高效率,提高生产率。通常TCO是通过红外激光相对高脉冲重叠率进行加工的。但在某些情况下,需要寻找新的激光参数来加工新的混合物。

皮秒激光器的挑战:CI(G)S、电池

众所周知,由Cu(In、Ga) (S、Se)组成的薄膜电池也被称为CIGS,对激光加工提出了特别大的挑战,其所使用的材料是最大的挑战。如果基板是玻璃,那么钼薄膜在一开始刻线的阶段就要加工。然而钼沸点高,导热性好,热容量高。如果热被应用到钼层上,就会导致裂缝和剥落。如用纳秒激光脉冲加工,这些缺点将无法避免,从而导致质量的降低。光敏材料也会对导入的高热容易受到影响。硒比其他材料,例如铜、铟、镓的沸点低,因此,在低温时,可以从混合物中脱离。通过“长”激光脉冲加工,会导致边缘区短路,因为没有硒的半导体会转换成合金。

边缘清除:激光器将取代喷砂法

为了保护薄膜太阳能电池免于不利环境的影响,特别是防潮,在电池模块的四周需要清除大约1厘米宽度的膜层,进而通过层压保护。这样能保护太阳能电池免于腐蚀,并长期防止短路。喷砂法是目前被广泛使用的方法,尽管喷砂设备投资成本低,但在加工过程中,会由于磨损、清除沙子,以及相关检测而产生高昂的后续费用,这是喷砂法的劣势。因此,激光器是再适合不过的了,通过提高激光功率可以提升工艺的特性。清除速率可以达到50cm2/s以上,或者在30s内加工完一片标准的电池模块。以下数据充分表明激光器的投入是值得的:相对于传统的喷砂,通过激光加工每个模块的成本从0.45欧元下降到0.16欧元;在一个 60MW的工厂,每年的生产成本将节省大约175,000欧元。

总结

因此,从上文中我们得出结论,激光器是未来光伏行业的主要工具。随着材料越来越薄,以及更高的生产率,非接触的“光刀”发挥出它的优势。当决策者不仅仅只是考虑初始投资,而是考虑整体拥有成本时,这一点尤其重要。激光器不需要修整时间,也不需要昂贵的工艺评估时间,因为激光器不会磨损。此外,内部监控系统在当前的激光系统中是标准的,因此在24/7的工作制中,也不必调整工艺参数。

通过高稳定性和巨大的输出储备所获得的最佳可重复性,为达到最高生产效率提供了基础。激光器为减少非生产性时间提供了更多选择。例如,通过时间共享,一台激光器可以为多个工作站服务,因此上下料不影响激光器总的生产效率。
 
   

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