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激光在光伏组件制造中的应用

光伏电池组件  来源:光伏领跑者创新论坛    2019/11/1 10:30:59  我要投稿  

北极星太阳能光伏网讯:近年来光伏行业的年装机总量都在100GW以上,光伏制造产能连续放大并有向全球化发展的趋势。其成本的不断下降,不仅与原材料的成本下降有关,与光伏发电效率提升有关,也与各种能降低生产成本、提高产品质量的新工艺采用率上升有关。

对光伏发电、生产不断要求降本的现实让一代又一代的光伏人不断改进太阳能其生产工艺。在新材料、自动化工具和机器、制造技术以及包装材料等新创新中,激光也为光伏行业的提质增效做出了不少贡献。本文综述了激光在光伏组件制造中的应用,重点介绍光伏电池生产和组串所用的激光束。

激光在太阳能电池制造中扮演什么角色?

光伏生产最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,利用激光来精确地切割、成型、划线,制成电池后再组串。

提高能效是制造工程师工艺革新的不断追求,包括减少制造过程中使用的材料和人工,以及最大化组件的有效利用面积和单位面积的发电量。激光加工的精确度让光伏从制造端开始就提高了能源效率。具体而言,如电池制造的气相沉积工艺,与其他沉积方法相比,激光处理以较低的成本提供了更高的产量,减少了化学沉积所需的其他材料。

另外,我们还可以看到激光技术在太阳能电池制造的其他应用,包括:

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。

排列划线

除了提高能效外,激光技术还使在制造过程中很多工艺任务变得更加容易。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。

切割划片

激光在硅片和电池片加工可以作为切割工具。用激光来划片切割硅片是目前最为先进的,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。

硅片标记

激光在硅光伏工业中的显着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踪其太阳能供应链并确保质量稳定。

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。

理想的激光功率和光束特性是什么?

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。例如,激光束功率检测器的尺寸和损坏阈值必须适当,才能在高功率下重复测试。经常进行测试功率计量对于检测可能的故障至关重要。在电池片边缘钝化工艺中,激光器必须具有高功率密度,以避免重新沉积。

制造商和研究人员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突破激光器的极限;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第一接触点,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精确度,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。

展望太阳能电池制造

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。钙钛矿的最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。有很多不同的钙钛矿制造方法,其中最引人注目的是一种叫做溶液处理的简单湿法化学技术。随着这些工艺的量产和钙钛矿效率更接近硅电池,它很可能会成为新的电池路线。

钙钛矿电池的气相沉积也使用到激光,但湿法化学工艺不需要。

激光加工技术所取得的巨大进步和速度令人震惊,大部分归功于新型太阳能电池的研究和投产。有了各种光束诊断选项,无论是新手还是专家,都可以在任何紧凑的环境中使用便携式激光探测器正确测量其光源。现在,激光已经成为生产硅太阳能电池的最可靠的工具。

原标题:激光在光伏组件制造中的应用

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