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新能源環(huán)境

激光加工技術在太陽能電池制造中的應用

激光制造網 來源:中谷聯創(chuàng)2023-11-02 我要評論(0 )   

前幾年,提起新能源行業(yè),人們想到的都是鋰電/電動汽車,其實太陽能也屬于新能源一塊,進入2023年,在工業(yè)經濟增長疲軟,激光行業(yè)加劇內卷的情況下,太陽能電池的激光加...

前幾年,提起新能源行業(yè),人們想到的都是鋰電/電動汽車,其實太陽能也屬于新能源一塊,進入2023年,在工業(yè)經濟增長疲軟,激光行業(yè)加劇內卷的情況下,太陽能電池的激光加工設備需求逐步放量,成為一大增長亮點。

01、激光加工技術

激光加工是利用光束的高能量與材料發(fā)生作用,并瞬間把材料氣化或改變性質達到預期制造效果。激光加工主要包括打標、切割、焊接、熔覆、清洗等工藝,目前國內工業(yè)激光主要的應用份額是在金屬切割、焊接,屬于一種粗加工的方式,對工件精度的要求并沒有非常高,設備的通用性很強,所以容易形成批量規(guī)模。

激光應用的另一方面是精密加工,由于其大多數是定制加工,設備也要根據材料的性質而定,有時是晶圓、有時是玻璃、PCB板,又或者是薄膜或者合成材料,產品小而精,激光工藝開發(fā)與試樣周期長,所以精密激光加工難以批量生產。以去年我國大約500億元的工業(yè)激光設備規(guī)模,其中近80%是屬于激光粗加工的,精密激光加工僅占了20%左右。

在這20%精密激光加工里面,又包含了手機部件加工、顯示屏或者OLED切割、玻璃切割等行業(yè)應用,這里值得注意的是太陽能電池上的激光加工,近幾年正快速得到推廣。

02、太陽能電池激光加工

太陽能電池是通過光電反應將光能轉換成電能的能量轉換器,太陽能電池轉換效率是降低光伏成本的重要因素。在太陽能電池生產中,激光加工技術主要應用于PERC、SE、MWT等電池片工藝,以提高光電轉換效率。

PERC激光消融工藝

PERC高效太陽能電池是通過在電池背面增加鈍化層,一方面阻止載流子在一些高復合區(qū)域(如電池表面與金屬電極的接觸處)的復合行為,減少電損失;另一方面同時可以增強電池下表面光反射,減少光損失,從而提高電池的轉換效率,提高電池的性能。

早期實驗室的濕法刻蝕工藝,產業(yè)化難度和成本高。此外,采用激光也要求激光加工能夠定位最優(yōu)化的能量密度分布,精確控制作用時間,并保證每個脈沖嚴格一致。只有特制的激光器和光路控制,配合長期積累的工藝經驗,才能得到最佳的電池性能。迅速定位與特定材料加工匹配的微納級激光加工技術和適應高效生產的控制系統(tǒng)是PERC電池激光加工設備的技術核心,同時也是高效太陽能電池實現產業(yè)化的保證。

在PERC技術中,難點之一是背面電極透過鈍化層實現微納級高精度的局部接觸。加工過程中,在對鈍化膜精密刻蝕的同時,不能損傷到硅襯底材料,否則會影響電池片最終轉化效率。

相對于傳統(tǒng)工藝的太陽能電池制造,PERC高效太陽能電池制造只需要增加氧化鋁鍍膜設備、激光加工設備及其它少量輔助設備即可完成生產線的升級和改造,可以兼容現有生產線,有利于以相對較低的成本提升電池技術參數和生產效率,對太陽能電池制造企業(yè)具有很強的吸引力。

SE摻雜工藝

SE電池(選擇性擴散電池)是通過在晶硅太陽能電池電極柵線與硅片接觸部位區(qū)域進行高濃度磷摻雜,從而降低電極和硅片之間的接觸電阻;電極以外區(qū)域進行低濃度淺摻雜,降低表面復合速率,從而有效實現電池的開壓、電流和填充因子的改善,提高光電轉換效率。

SE電池制備的主要工藝方法包括絲網印刷摻雜源高溫擴散法,離子注入法和激光摻雜法等。激光摻雜具有提效明顯、工藝流程簡單、投入成本低、設備緊湊、占地面積小、無污染,與傳統(tǒng)太陽能電池生產線相兼容性強等特點,因而逐漸成為了行業(yè)主流的選擇性發(fā)射極制備方式。

MWT工藝

MWT(金屬穿孔卷繞技術),用以制備背接觸MWT電池,該技術采用激光打孔、背面布線的技術消除正面電極的主柵線,正面電極細柵線搜集的電流通過孔洞中的銀漿引到背面,這樣電池的正負電極點都分布在電池片的背面,有效減少了正面柵線的遮光,提高了光電轉化效率,同時降低了銀漿的耗量和金屬電極-發(fā)射極界面的載流子復合損失。

和常規(guī)組件相比,MWT電池制造省去了復雜的高溫焊接過程,更容易實現自動化和更高產能,降低破片率。

MWT電池制造中在硅片、銅箔和封裝材料中做精準打孔是重要步驟。低功率、短波長的激光器打孔的質量好、熱損傷小,但速度慢、成本高,不適合規(guī)?;a;高功率、長波長的激光器打孔速度最快,但熱損傷大,容易產生隱裂,影響產品質量。選擇穩(wěn)定性最佳的激光器,性價比最佳的波長,調整合適的功率、頻率和脈寬、光束質量等參數是做好MWT電池的基礎。


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激光應用激光切割焊接清洗
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