近年來，我國薄膜電池產量雖有提升，但因成本、大尺寸光電轉化效率和技術普及性等方面的限制，在整體的光伏電池組件產量中占比較低。在如今“雙碳”和“能耗雙控”的政策背景下，BIPV（光伏建筑一體化）是推行綠色建筑的有效途徑。目前薄膜電池雖然在轉化效率等方面不及晶硅電池，但其結構簡單、透光性可調節(jié)、弱光性好、溫度系數小等特點，使得薄膜電池在BIPV上比晶硅電池更具優(yōu)勢，薄膜電池能夠與建筑材料更好地結合，有望在市場占據一席之地。尤其近兩年鈣鈦礦電池的發(fā)展受到市場關注，目前已逐步開啟量產化進程。
鈣鈦礦光伏電池，利用鈣鈦礦型的化合物作為吸光材料，相比于晶硅和其它薄膜電池而言，鈣鈦礦光伏電池擁有以下優(yōu)勢：
鈣鈦礦為人工合成材料，根據配方不同可調整帶隙；
高轉換效率和發(fā)電量的優(yōu)勢，疊層更具效率發(fā)展?jié)摿Γ?/p>
制備工藝簡單，流程短，生產效率高，材料成本低，無需高溫生產，節(jié)能；
弱光性好且透光，外觀形態(tài)可調節(jié)范圍大，輕質和柔性特點使鈣鈦礦電池的應用場景更廣。
激光在鈣鈦礦生產中的應用
在單結鈣鈦礦電池制備過程中，有4道激光工序，P1、P2、P3、P4，進行3次平行激光刻蝕（P1－P3）激光使材料汽化并形成槽線，將整面膜層分割成一個個相互串聯的寬約4－12mm的子電池，從而形成阻斷電流導通的單獨模塊，以實現增大電壓和串聯電池的效果。P4是將靠玻璃邊緣約10mm寬度的膜層清除，形成絕緣區(qū)域，作為后段封裝區(qū)域。
以反式結構p－i－n為例
激光P1劃線：激光刻蝕底部TCO膜層，形成相互獨立的TCO襯底；
激光P2劃線：激光刻蝕TCO以上其它膜層，提供相鄰兩節(jié)子電池的正負電極提供傳輸通道；
激光P3劃線：沉積背電極后，激光刻蝕TCO以上其它膜層，將子電池之間分離開；
激光P4清邊工藝：清除掉電池邊緣的沉積膜，防止漏電，保證電池封裝可靠性。
每個子電池包含兩個區(qū)域：死區(qū)和有效區(qū)。P1線到P3線最外側區(qū)域不能發(fā)電，俗稱死區(qū)。死區(qū)寬度越大，電池中發(fā)電無效區(qū)占比越大，子電池的效率也就越低，因此，鈣鈦礦光伏電池激光劃線工序，其中一個核心技術指標就是將死區(qū)做到最小。除產品本身設計線寬對死區(qū)寬度有影響外，線與線的間距需盡量做小，但是P1、P2、P3線之間，不可相交或并線，故間距越小，對設備加工系統的控制精度要求越高。
以反式結構p－i－n為例
除死區(qū)控制之外，激光工藝效果在很大程度上也影響著電池的光電性能，激光刻蝕深度要求嚴格，需控制激光能量與頻率，目標是在膜層清除干凈的基礎上做到無火山口和熱影響，線條均勻性好。此外，激光劃線所產生的粉塵如何處理，防止污染膜層也是一個重點。
近年來，深圳市杰普特與產業(yè)伙伴聯合創(chuàng)新，針對不同產能需求和產品種類，積極投入、潛心鉆研，成功開發(fā)出一系列用于薄膜電池高精度劃線的激光智能裝備。設備包括：實驗室及小試線設備，百MW中試量產線設備等。得益于JPT在光學設計、運動控制、精密量測等領域的多年技術積累，激光劃線設備可滿足客戶的高精度劃線需求。
JPT薄膜光伏激光劃線機
JPT根據客戶產品開發(fā)進度和布線情況，提供兩種類型產品：
實驗、小試線：
應用于實驗室科研／研發(fā)級別薄膜電池產品開發(fā)中前期階段的小幅面薄膜電池產品驗證，將其實驗室cm2級別的微型電池單元擴展為具有子電池串聯結構的小型薄膜組件（300mm×300mm），通過此劃線設備可驗證制備薄膜組件的技術移植到大尺寸量產線上的可行性。此設備兼容膜面及玻璃面出光P1～P3激光劃線和P4清邊，可根據客戶實際產品定制不同加工平臺尺寸；采用科研級別大理石結構，高速直線電機運動平臺，保證系統的穩(wěn)定性、加工精度和效率；可根據客戶膜層材料的光譜吸收特性來選擇不同波長的激光光源，致力于低火山口、無熱影響等優(yōu)質的加工效果是鈣鈦礦行業(yè)實驗、小試線激光設備的首選。
P1 無火山口（TCO材質）
P2 無火山口
P3 少量或無火山口
P4 少量火山口
100MW量產中試線：
應用于鈣鈦礦產品開發(fā)中期階段，大規(guī)模量產前中試線；大面積制備是商業(yè)化前提，而面積放大后，將極大增加薄膜制備、劃線均勻性和精度保證的難度，極易出現制備不均勻、不穩(wěn)定等問題，降低轉換效率。在大面積基板上對各個不同膜層進行高精度刻蝕，制作出性能優(yōu)良的電池組件是必須要攻克且非常具有挑戰(zhàn)性的難關。
100MW產能的中試線需要P1／P2／P3／P4各一臺獨立的自動化激光劃線設備，JPT百MW激光劃線設備根據產能不同可提供單臺設備8－12路激光分束同時加工。為滿足GW線產能需求，目前公司已研發(fā)更大產品幅面、更多分束光路及更高速劃線速度的量產型設備。
設備核心優(yōu)勢
結構：
特殊緩沖，實現高速運行。整機防震設計、模塊剛性設計、致力于光學隔振、系統穩(wěn)定性；
飛行光路激光加工過程中產品靜止；
各光路焦點、間距自動調節(jié)，精度±1μm。
光學：
采用機械分光方式實現8－12路分光，并行加工提高加工效率；
結構輕量化設計可滿足GW線2．5m／s以上，3g加工速度負載要求；
光路功率獨立可調，模塊化光路設計實現膜面或玻璃面加工；
機械分光的光學設計各光路功率一致性小于3％，針對膜面加工各光路功率一致性高，能夠更大程度改善膜面材料工藝窗口小，對功率一致性要求高的加工效果。
軟件：
自研軟件，界面簡約清晰、功能完備、操作簡單易上手；
具有高度跟蹤、軌跡追蹤、功率檢測、死區(qū)監(jiān)測等功能。
2019年杰普特進入薄膜電池光伏電池行業(yè)，與客戶合作驗證柔性鈣鈦礦電池激光劃線，率先使用超窄脈寬激光對產品進行工藝驗證，獲得較好結果；超窄脈寬激光相比納秒激光有明顯優(yōu)勢，并確立以皮秒光源作為鈣鈦礦光伏電池激光劃線設備的主要光源。2021年，JPT上半年交付國內第一臺柔性鈣鈦礦光伏電池中試機，自此，2021～2023年，陸續(xù)交付中試機于華南、華中、華東客戶群。
鈣鈦礦光伏電池試驗機
2023年，杰普特成功贏得了首個百兆瓦級別的訂單，與鈣鈦礦光伏電池領軍企業(yè)協鑫光電合作，為其打造100MW鈣鈦礦光伏電池量產線激光劃線全套設備，這標志著杰普特鈣鈦礦光伏電池激光劃線技術進入新的里程碑。2023年7月底，整套100MW鈣鈦礦激光劃線設備已順利交付客戶端。
近年來，在“雙碳”戰(zhàn)略目標和產業(yè)政策的支持下，我國光伏行業(yè)迎來了前所未有的黃金發(fā)展期，JPT已開始布局研發(fā)下一代GW量產線，將在光伏電池行業(yè)激光應用領域不斷地鉆研與探索，堅守初心、砥礪奮進、刻苦鉆研、不斷創(chuàng)新！
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