近年來光伏行業的年裝機總量都在100GW以上,光伏製造產能連續放大並有向全球化發展的趨勢。其成本的不斷下降,不僅與原材料的成本下降有關,與光伏發電效率提升有關,也與各種能降低生產成本、提高產品質量的新工藝採用率上升有關。
對光伏發電、生產不斷要求降本的現實讓一代又一代的光伏人不斷改進太陽能其生產工藝。在新材料、自動化工具和機器、製造技術以及包裝材料等新創新中,雷射也為光伏行業的提質增效做出了不少貢獻。本文綜述了雷射在光伏組件製造中的應用,重點介紹光伏電池生產和組串所用的雷射束。
雷射在太陽能電池製造中扮演什麼角色?
光伏生產最重要的就是電池製造。矽電池在光伏發電中有重要作用,無論是晶矽電池還是薄膜矽電池。在晶矽電池中,由高純度的單晶/多晶切成電池用的矽片,利用雷射來精確地切割、成型、劃線,製成電池後再組串。
提高能效是製造工程師工藝革新的不斷追求,包括減少製造過程中使用的材料和人工,以及最大化組件的有效利用面積和單位面積的發電量。雷射加工的精確度讓光伏從製造端開始就提高了能源效率。具體而言,如電池製造的氣相沉積工藝,與其他沉積方法相比,雷射處理以較低的成本提供了更高的產量,減少了化學沉積所需的其他材料。
另外,我們還可以看到雷射技術在太陽能電池製造的其他應用,包括:
電池邊緣鈍化處理
提高太陽能電池效率的關鍵因素是通過電絕緣將能量損失降至最低,通常是通過矽片邊緣蝕刻鈍化來完成的。傳統工藝使用等離子處理邊緣絕緣,但用到的蝕刻化學品昂貴且對環境有害。採用具有高能量和高功率的雷射器可以快速鈍化電池片邊緣並防止過多的功率損耗。有了雷射成型的凹槽,太陽能電池漏電流造成的能量損失大大降低,從傳統化學蝕刻工藝損失的10-15%降低到雷射技術的2-3%損失。
排列劃線
除了提高能效外,雷射技術還使在製造過程中很多工藝任務變得更加容易。用雷射排列矽片是太陽能電池自動串焊常見的在線工藝。以這種方式連接太陽能電池降低了存儲成本,讓每塊組件的電池串排列更整齊、緊湊。
切割劃片
雷射在矽片和電池片加工可以作為切割工具。用雷射來劃片切割矽片是目前最為先進的,它使用精度高、而且重複精度也高、工作穩定、速度快、操作簡單、維修方便。
矽片標記
雷射在矽光伏工業中的顯著應用是在不影響矽片導電性的情況下對矽片進行標記。矽片標記可幫助製造商跟蹤其太陽能供應鏈並確保質量穩定。
薄膜燒蝕
薄膜太陽能電池依靠氣相沉積和劃片技術選擇性燒蝕某些層以實現電隔離。薄膜的各層需要快速沉積,而又不影響到基底玻璃和矽的其他層。瞬間的燒蝕會導致玻璃和矽層上的電路損壞,從而導致電池故障。
理想的雷射功率和光束特性是什麼?
為了確保組件之間發電性能的穩定性、質量和均勻性,必須為製造車間精心調整雷射束功率。如果雷射功率不能達到一定水平,就無法完成劃線過程。同樣,光束必須將功率保持在狹窄的範圍內,並在裝配生產線中確保7*24小時工作狀態。所有這些因素都對雷射規格提出了非常嚴格的要求,並且必須使用複雜的監控裝置來確保峰值運行。例如,雷射束功率檢測器的尺寸和損壞閾值必須適當,才能在高功率下重複測試。經常進行測試功率計量對於檢測可能的故障至關重要。在電池片邊緣鈍化工藝中,雷射器必須具有高功率密度,以避免重新沉積。
製造商和研究人員都使用光束功率測量 來定製雷射器並將其調整到符合應用要求。對於大功率雷射器,有許多不同的功率測量工具,高功率檢測器可以在特殊情況下突破雷射器的極限;玻璃切割或其他沉積應用中使用的雷射需要關注光束的精細特性,而不是功率。
薄膜光伏中當用於燒蝕電子材料時,光束特性的重要性勝過原始功率。尺寸、形狀和強度在防止組件電池的漏電流中發揮重要影響。將沉積好的光伏材料燒蝕到基礎玻璃板上的雷射束也需要精細調整的特性。作為製造電池電路的第一接觸點,光束必須符合所有標準。只有具有高重複性的高質量光束才能正確燒蝕電路,而不會損壞下方的玻璃。通常這種場合需要用到能高度重複測量雷射束能量的熱電探測器。
雷射束中心的大小會影響其燒蝕的方式和位置。光束的圓度(或橢圓度)會影響投射到太陽能組件上的劃線。如果劃線不均勻,不一致的光束橢圓率將導致太陽能組件缺陷。整個光束的形狀還會影響矽摻雜結構的有效性。對於研究人員來說選擇雷射器重要的是精確度,而不需考慮加工速度和成本,但對於生產來說,如在電池製造中蒸發所需的短脈衝通常要使用到鎖模雷射器。
展望太陽能電池製造
鈣鈦礦等新材料提供了一種更便宜且完全不同於傳統晶矽電池的製造工藝。鈣鈦礦的最大優點之一是它在保持效率的同時減少了晶矽加工和製造對環境的影響。有很多不同的鈣鈦礦製造方法,其中最引人注目的是一種叫做溶液處理的簡單溼法化學技術。隨著這些工藝的量產和鈣鈦礦效率更接近矽電池,它很可能會成為新的電池路線。
鈣鈦礦電池的氣相沉積也使用到雷射,但溼法化學工藝不需要。
雷射加工技術所取得的巨大進步和速度令人震驚,大部分歸功於新型太陽能電池的研究和投產。有了各種光束診斷選項,無論是新手還是專家,都可以在任何緊湊的環境中使用可攜式雷射探測器正確測量其光源。現在,雷射已經成為生產矽太陽能電池的最可靠的工具。
光伏行業最新動態,請關注索比光伏網微信公眾號:solarbe2005
投稿與新聞線索聯繫:010-68027865 劉小姐:news@solarbe.com
掃碼關注