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激光在太阳能电池制造中扮演什么角色
  • 2022-10-13 16:39:44
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  • 来自: 江苏激光产业技术创新战略联盟

  长三角G60激光联盟导读

  激光作为工业化工具在光伏行业是一种关键的技术。它能确保相比照较低的成本的制造工艺,去生产出高效的太阳能电池,获得更高的企业效益。

  2022年5月,央视台朝闻天下栏目报道:国家能源局最新数据显示,截至目前,光伏发电在建项目1.21亿千瓦,预计全年光伏发电新增并网1.08亿千瓦,同比上年实际并网容量增长95.9%,此报道一出,光伏市场热情高涨,多晶硅的原材料结束高位盘整,重拾升势。

  2022年起,国家针对光伏行业已提出诸多政策,其中,2022年6月发展《“十四五”可再生能源发展规划》具有重要意义,其中,涉及光伏行业的发展重点如下:

  (1)大力推进光伏发电基地的建设,重点建设华北、华东、华中地区下游新能源基地和海上风电基地集群以及西北荒漠大型风电项目,未来企业可将产业重点布局以上地区,在政策风向口发展;

  (2)推动光伏发电多场景融合开发,积极推进“光伏+”综合利用行动;推进光伏和建筑屋顶等光伏建筑一体化开发,将光伏和新能源汽车充电桩结合,此政策一出,为两大市场发展注入新活力;

  (3)补齐产业链供应链短板:推动退役风电机组、光伏组件回收处理技术与新产业(300832)链发展,补齐风电、光伏发电绿色产业链最后一环,实现全生命周期绿色闭环式发展,该政策指明光伏回收市场的新风向,补齐了市场发展空白。

  全球光伏装机量的不断上升加快了激光加工技术在光伏行业的应用,激光加工技术的不断提升,同时也提高了光伏能量的利用效率。据相关数据统计,2020年全球光伏新增装机市场已经达到了130GW,突破历史新高。全球光伏装机量创新高的同时,作为全方位生产大国,中国光伏装机量一直保持着上升趋势。从2010年开始,我国光伏电池产量就已经超过了全球总产量的百分之五十,是真正意义上的,世界上占比超过一半的光伏行业的生产国及出口国。

  激光作为工业化工具在光伏行业是一种关键的技术。激光可以将大量能量集中到横截面积很小的范围内释放,很大程度上 提高了能量的利用效率,使其可以对较为坚硬的物质进行切割。光伏生产较重要的就是电池制造。硅电池在光伏发电中有重要作用,无论是晶硅电池还是薄膜硅电池。在晶硅电池中,由高纯度的单晶/多晶切成电池用的硅片,利用激光来较好地切割、成型、划线,制成电池后再组串。

  (1)电池边缘钝化处理

  提高太阳能电池效率的关键因素是通过电绝缘将能量损失降至最低,通常是通过硅片边缘蚀刻钝化来完成的。传统工艺使用等离子处理边缘绝缘,但用到的蚀刻化学品昂贵且对环境有害。采用具有高能量和高功率的激光器可以快速钝化电池片边缘并防止过多的功率损耗。有了激光成型的凹槽,太阳能电池漏电流造成的能量损失大大降低,从传统化学蚀刻工艺损失的10-15%降低到激光技术的2-3%损失。

  (2)排列划线

  用激光排列硅片是太阳能电池自动串焊常见的在线工艺。以这种方式连接太阳能电池降低了存储成本,让每块组件的电池串排列更整齐、紧凑。

  (3)切割划片

  用激光来划片切割硅片是目前较为先进的,它使用精度高、而且重复精度也高、工作稳定、速度快、操作简单、维修方便。

  (4)硅片标记

  激光在硅光伏工业中的显著应用是在不影响硅片导电性的情况下对硅片进行标记。硅片标记可帮助制造商跟进其太阳能供应链并确保质量稳定。

  (5)薄膜烧蚀

  薄膜太阳能电池依靠气相沉积和划片技术选择性烧蚀某些层以实现电隔离。薄膜的各层需要快速沉积,而又不影响到基底玻璃和硅的其他层。瞬间的烧蚀会导致玻璃和硅层上的电路损坏,从而导致电池故障。

  为了确保组件之间发电性能的稳定性、质量和均匀性,必须为制造车间精心调整激光束功率。如果激光功率不能达到一定水平,就无法完成划线过程。同样,光束必须将功率保持在狭窄的范围内,并在装配生产线中确保7*24小时工作状态。所有这些因素都对激光规格提出了非常严格的要求,并且必须使用复杂的监控装置来确保峰值运行。

  制造商都使用光束功率测量来定制激光器并将其调整到符合应用要求。对于大功率激光器,有许多不同的功率测量工具,高功率检测器可以在特殊情况下打破激光器的极限;玻璃切割或其他沉积应用中使用的激光需要关注光束的精细特性,而不是功率。

  薄膜光伏中当用于烧蚀电子材料时,光束特性的重要性胜过原始功率。尺寸、形状和强度在防止组件电池的漏电流中发挥重要影响。将沉积好的光伏材料烧蚀到基础玻璃板上的激光束也需要精细调整的特性。作为制造电池电路的较好接触点,光束必须符合所有标准。只有具有高重复性的高质量光束才能正确烧蚀电路,而不会损坏下方的玻璃。通常这种场合需要用到能高度重复测量激光束能量的热电探测器。

  激光束中心的大小会影响其烧蚀的方式和位置。光束的圆度(或椭圆度)会影响投射到太阳能组件上的划线。如果划线不均匀,不一致的光束椭圆率将导致太阳能组件缺陷。整个光束的形状还会影响硅掺杂结构的有效性。对于研究人员来说选择激光器重要的是较好度,而不需考虑加工速度和成本,但对于生产来说,如在电池制造中蒸发所需的短脉冲通常要使用到锁模激光器。

  钙钛矿等新材料提供了一种更便宜且完全不同于传统晶硅电池的制造工艺。钙钛矿的较大优点之一是它在保持效率的同时减少了晶硅加工和制造对环境的影响,目前,其材料的气相沉积也使用到了激光加工技术。因此,在光伏行业,激光技术越来越多地用于掺杂工艺,光伏激光器被各种应用于生产制造工艺中,像晶硅太阳能电池生产中,激光技术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,激光已完胜其它传统的工艺,相信在接下来的整个光伏相关行业,会有越来越多激光技术的应用。

【责任编辑:sunnyz】
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关键字阅读: 激光 太阳能电池
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