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光學工程
激光技術在光伏行業應用

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它更高效,因為它一方面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激光技術的發展。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60-100MW的生產線。通常來說,激光器能發揮其潛在優勢。

·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。

在晶硅太陽能電池生產中,激光器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,激光已完勝其它傳統的工藝。例如等離子刻蝕未能滿足自動化要求,破損率很高。

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得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在磷硅玻璃把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

激光器未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太陽能電池的轉換效率。這樣就可以大大減少太陽能電池每瓦特的成本。

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到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。

由Cu(In,Ga)(S,Se)2組成的薄膜電池也被稱為CI(G)S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。用納秒激光脈沖加工不可避免這些缺點,從而導致質量的降低。光敏材料也會對導入的高熱易受影響的。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。

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,然而通過層壓保護。這能保護太陽能電池免于腐蝕以及長期防止短路。噴砂法目前被廣泛使用。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的高昂后需費用。因此,激光器是再適合不過的了。


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