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新能源環(huán)境

激光加工技術(shù)在太陽(yáng)能電池制造中的應(yīng)用

激光制造網(wǎng) 來(lái)源:中谷聯(lián)創(chuàng)2023-11-02 我要評(píng)論(0 )   

前幾年,提起新能源行業(yè),人們想到的都是鋰電/電動(dòng)汽車(chē),其實(shí)太陽(yáng)能也屬于新能源一塊,進(jìn)入2023年,在工業(yè)經(jīng)濟(jì)增長(zhǎng)疲軟,激光行業(yè)加劇內(nèi)卷的情況下,太陽(yáng)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(dòng)汽車(chē),其實(shí)太陽(yáng)能也屬于新能源一塊,進(jìn)入2023年,在工業(yè)經(jīng)濟(jì)增長(zhǎng)疲軟,激光行業(yè)加劇內(nèi)卷的情況下,太陽(yáng)能電池的激光加工設(shè)備需求逐步放量,成為一大增長(zhǎng)亮點(diǎn)。

01、激光加工技術(shù)

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(zhì)達(dá)到預(yù)期制造效果。激光加工主要包括打標(biāo)、切割、焊接、熔覆、清洗等工藝,目前國(guó)內(nèi)工業(yè)激光主要的應(yīng)用份額是在金屬切割、焊接,屬于一種粗加工的方式,對(duì)工件精度的要求并沒(méi)有非常高,設(shè)備的通用性很強(qiáng),所以容易形成批量規(guī)模。

激光應(yīng)用的另一方面是精密加工,由于其大多數(shù)是定制加工,設(shè)備也要根據(jù)材料的性質(zhì)而定,有時(shí)是晶圓、有時(shí)是玻璃、PCB板,又或者是薄膜或者合成材料,產(chǎn)品小而精,激光工藝開(kāi)發(fā)與試樣周期長(zhǎng),所以精密激光加工難以批量生產(chǎn)。以去年我國(guó)大約500億元的工業(yè)激光設(shè)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(jī)部件加工、顯示屏或者OLED切割、玻璃切割等行業(yè)應(yīng)用,這里值得注意的是太陽(yáng)能電池上的激光加工,近幾年正快速得到推廣。

02、太陽(yáng)能電池激光加工

太陽(yáng)能電池是通過(guò)光電反應(yīng)將光能轉(zhuǎn)換成電能的能量轉(zhuǎn)換器,太陽(yáng)能電池轉(zhuǎn)換效率是降低光伏成本的重要因素。在太陽(yáng)能電池生產(chǎn)中,激光加工技術(shù)主要應(yīng)用于PERC、SE、MWT等電池片工藝,以提高光電轉(zhuǎn)換效率。

PERC激光消融工藝

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

早期實(shí)驗(yàn)室的濕法刻蝕工藝,產(chǎn)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(shí)間,并保證每個(gè)脈沖嚴(yán)格一致。只有特制的激光器和光路控制,配合長(zhǎng)期積累的工藝經(jīng)驗(yàn),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(jí)激光加工技術(shù)和適應(yīng)高效生產(chǎn)的控制系統(tǒng)是PERC電池激光加工設(shè)備的技術(shù)核心,同時(shí)也是高效太陽(yáng)能電池實(shí)現(xiàn)產(chǎn)業(yè)化的保證。

在PERC技術(shù)中,難點(diǎn)之一是背面電極透過(guò)鈍化層實(shí)現(xiàn)微納級(jí)高精度的局部接觸。加工過(guò)程中,在對(duì)鈍化膜精密刻蝕的同時(shí),不能損傷到硅襯底材料,否則會(huì)影響電池片最終轉(zhuǎn)化效率。

相對(duì)于傳統(tǒng)工藝的太陽(yáng)能電池制造,PERC高效太陽(yáng)能電池制造只需要增加氧化鋁鍍膜設(shè)備、激光加工設(shè)備及其它少量輔助設(shè)備即可完成生產(chǎn)線(xiàn)的升級(jí)和改造,可以兼容現(xiàn)有生產(chǎn)線(xiàn),有利于以相對(duì)較低的成本提升電池技術(shù)參數(shù)和生產(chǎn)效率,對(duì)太陽(yáng)能電池制造企業(yè)具有很強(qiáng)的吸引力。

SE摻雜工藝

SE電池(選擇性擴(kuò)散電池)是通過(guò)在晶硅太陽(yáng)能電池電極柵線(xiàn)與硅片接觸部位區(qū)域進(jìn)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(jìn)行低濃度淺摻雜,降低表面復(fù)合速率,從而有效實(shí)現(xiàn)電池的開(kāi)壓、電流和填充因子的改善,提高光電轉(zhuǎn)換效率。

SE電池制備的主要工藝方法包括絲網(wǎng)印刷摻雜源高溫?cái)U(kuò)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(jiǎn)單、投入成本低、設(shè)備緊湊、占地面積小、無(wú)污染,與傳統(tǒng)太陽(yáng)能電池生產(chǎn)線(xiàn)相兼容性強(qiáng)等特點(diǎn),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(shù)),用以制備背接觸MWT電池,該技術(shù)采用激光打孔、背面布線(xiàn)的技術(shù)消除正面電極的主柵線(xiàn),正面電極細(xì)柵線(xiàn)搜集的電流通過(guò)孔洞中的銀漿引到背面,這樣電池的正負(fù)電極點(diǎn)都分布在電池片的背面,有效減少了正面柵線(xiàn)的遮光,提高了光電轉(zhuǎn)化效率,同時(shí)降低了銀漿的耗量和金屬電極-發(fā)射極界面的載流子復(fù)合損失。

和常規(guī)組件相比,MWT電池制造省去了復(fù)雜的高溫焊接過(guò)程,更容易實(shí)現(xiàn)自動(dòng)化和更高產(chǎn)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(zhǔn)打孔是重要步驟。低功率、短波長(zhǎng)的激光器打孔的質(zhì)量好、熱損傷小,但速度慢、成本高,不適合規(guī)模化生產(chǎn);高功率、長(zhǎng)波長(zhǎng)的激光器打孔速度最快,但熱損傷大,容易產(chǎn)生隱裂,影響產(chǎn)品質(zhì)量。選擇穩(wěn)定性最佳的激光器,性?xún)r(jià)比最佳的波長(zhǎng),調(diào)整合適的功率、頻率和脈寬、光束質(zhì)量等參數(shù)是做好MWT電池的基礎(chǔ)。


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激光應(yīng)用激光切割焊接清洗
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