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光伏激光——激光技术在BC电池中的应用探讨(英诺激光11月29日直播内容)

来源:超锂氢伏2023-12-02我要评论(0)

嘉宾介绍:英诺激光光伏总经理 晏博士英诺激光董事会秘书 张勇晏博士阿秒激光器:单份能量发出的持续时间10^-18秒的量级,脉冲激光器(光伏中应用最多的激光器之一)的一...

嘉宾介绍:

  • 英诺激光光伏总经理 晏博士

  • 英诺激光董事会秘书 张勇

  • 晏博士


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阿秒激光器:单份能量发出的持续时间10^-18秒的量级,脉冲激光器(光伏中应用最多的激光器之一)的一种,目前多用于科学研究领域。

图中10^-18s以上的激光器已被广泛应用于泛半导体领域。

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为什么要把脉冲宽度做窄?

微观粒子通过碰撞传热,热输入后会被迅速传导到其他地方,破坏材料。当把脉冲压缩到微观粒子的传导时间,材料来不及发生热传导就被融解,可以实现冷加工。

左图:连续激光,相当于能量持续输入。

右图:脉冲激光。

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激光与材料的作用过程

1)连续激光:在材料表面产生更大的热影响区。

2)脉冲宽度压缩到纳秒量级:瞬间气化材料表面,同时产生冲击波。

3)脉冲宽度压缩到皮秒/飞秒量级(小于绝大多数材料晶格的碰撞系数):晶格在震动之前,材料就被气化,依然会产生冲击波,有少许机械损失。

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脉冲激光作用下,材料内部的物理模型

左图:长脉冲(纳秒量级以上),所有物理损伤都会产生,表面的破坏接近熔坑的重熔和内部的热影响区,破坏材料原有晶胞大小(变大)。

右图:脉冲压缩到皮秒/飞秒量级,表面几乎没有破坏,材料得到很好的保护。

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脉冲激光作用下,材料表面的物理模型

激光与材料发生高能、瞬间的反应,导致等离子体飞溅。

优点:快速带走材料。

缺点:附近区域产生粉尘,1,造成污染扩散;2,形成等离子体云,阻挡后续激光输入,导致工艺不稳定。(例如:BC电池开膜时)。

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直接减材法:已经用于BC量产的技术

原理:超短脉冲打掉表面材料。

优点:可作用于任意区域。

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公司可以提供多种激光器:波长最短可实现266nm,脉宽最短做到百飞秒级(工业应用端)。

公司主要做固体激光器,固体激光器是超快激光器的主流路线。

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图(1,1):氮化硅上开膜,355nm皮秒激光器(波长越短,激光能量越高,聚焦性越好,将激光定位在前表层)。该应用上,公司追求光斑尺寸的极致控制,在金字塔表面开小窗口,给电路工艺提供良好的基础。

图(2,1)对应电镜结构图,表明开槽对底部材料没有任何损伤。

图(1,2)PSG上大规模开模,尺寸达240um。该应用上,公司追求开模效率和底部平坦。

图(1,3)1064nm近红外飞秒激光器。该应用是打掉硅上的银,右边是银,左边是硅。

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开槽尺度情况

纳秒激光器:百纳米~微米量级。

飞秒激光器:略小于纳秒,做不到几纳米,但是表面形貌更好。

如右图,515nm激光器开槽底部更平坦。

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间接减材法:功率器件、芯片制造等领域有应用。

最常见的是激光成像曝光(LDI),利用蓝紫光激光器,通过数字or 光学掩膜完成曝光,成本相对较高,光伏未必能接受。

激光辅助化学腐蚀是一种替代方案,用激光对相应区域的材料进行改性,使得在强酸强碱中表现出不同的腐蚀速度。

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增材法:工艺相对复杂,多用于泛半导领域。

选区需求下将展现出竞争力。尤其是激光可以柔性加工,嵌入到制造环节缩短BC电池工艺步骤,所以公司看好这个方向。

以下三种是未来有望用于光伏的技术:

1)脉冲激光沉积:超短脉冲激光器,高能量、短时间打在靶材上,通过靶材轰击让材料沉积到目标材料。现在的尺度可以做到百纳米~微米量级。典型应用:导电图形、钝化图形。

2)激光诱导热氧化:原理和热氧一致,区别在于激光可以自主图形化,在选区结构上非常有利。现在尺度可以做到几十纳米以下。

3)激光诱导相变:比热影响区更温柔的反应。相对成熟的应用:诱导单晶硅相变成多晶,改变材料电、光、磁性能,可以制造选区poly层,制造图形化隧穿层。

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激光与金属化重点关注3个方面

1)激光冲击强化:激光作用在栅线周围区域,产生光生载流子,利用光伏效产生电流,冲击欧姆接触不良的位置,获得更良好的欧姆接触。同时结合烧结工艺,强化栅线。

2)LSP使激光直接烧结成为可能。有望结合烧结、弥补烧结窗口两个工艺。

3)激光蚀刻?电镀:用365年nm激光器开槽,应用于电镀铜环节,目标实现图形化替代丝网印刷。

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公司QuaPulse技术:

精准控制窗口和深度。单一波长做时,为了延伸扩散长度,必须选择拉长的脉冲宽度,增大对材料表面的破坏。解决方案是多波长组合,长波长实现深层开槽,短波长做浅表面开槽。

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公司其他有望应用于光伏领域设备

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公司概况

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英诺光伏设备(江苏)有限公司,是英诺激光投资设立的新能源产业全资子公司,专注于光伏电池,组件自动化生产设备的研发和制造。

公司已成功研发并推向市场的量产设备有TOPCon电池激光SE直掺设备,激光冲击强化LSP量产设备,激光超细栅设备,BC电池激光开膜设备等。英诺光伏设备(江苏)有限公司背靠英诺激光,除了有光伏自动化能力之外,还有强大的激光器技术和光学工艺开发能力,在行业中独树一帜

01TOPCon电池激光SE直掺设备



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02激光冲击强化LSP量产设备


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03BC电池激光开膜设备

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QuaPulse™

更强大的激光技术

随着激光技术在精密加工,医学成像,光学检测等领域的广泛应用,常规的激光调控手段,如脉冲能量调制,空间聚焦等手段已经无法满足精益求精的应用。

英诺激光自研通过更复杂的激光脉冲调控手段,例如脉冲形态、脉冲间隔、空间能量分布、波长组合等各种形式调控,获得更加卓越的效果。并开发了各种配套的控制器、光学系统、软件、激光器等,将其应用到了各种领域。

QuaPulseTM激光时空调制技术通过多维度精准调制手段,可实现更加复杂的掺杂调控。表现为方阻调控范围大,损伤小且可控。


技术特点


·原创研发工艺:正向推导物理模型,有效结合激光器研发能力的创新成果。

·量产效率优势:应用于SE激光硼掺杂的效率优势量产效率平均比主流供应商高0.03%-0.05%。

·一体式工艺优化:硼扩+激光 SE+ 氧化,全面优化核心技术。


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XBC激光开膜技术

激光开槽技术在 XBC 电池上的应用主要为刻蚀掩膜、制备 PN 区交叉指结构;PN 区隔离及钝化膜开槽。XBC电池因其单面发电量高且美观,适宜高端分布式使用。

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英诺-激光器

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英诺532nm绿光皮秒激器单脉冲能量可达300μJ以上,优越的光束质量(M2<1.1)和完美的光斑圆度(>95%)及脉冲稳定性,满足大光斑整形的需求及XBC电池开膜的能量需求。

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近日,英诺激光LSP技术再次实现突破,助力TOPCon电池效率突破26.2%,效率增益达0.3%以上,开压高达732mV。

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激光冲击强化LSP量产设备

—英诺光伏设备(江苏)有限公司—

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英诺激光LSP量产设备已经正式推出,现面向整个行业推广。LSP技术的量产导入可以快速实现TOPCon电池的降本增效,提高电池片档位和组件功率,为高效晶硅电池的发展注入强劲动力。目前已获得批量订单。

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TOPCon SE技术助力

光伏客户降本增效

近日,英诺激光战略合作客户普乐科技(POPSOLAR)N型TOPCon电池经德国莱茵TÜV集团效率测试认证。公司所提供的激光SE直掺设备获得客户高度认可,并获得越来越多头部客户的订单。

助力客户电池效率提升

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近日,公司的战略合作客户普乐科技(POPSOLAR)N型TOPCon电池经德国莱茵TÜV集团效率测试认证,量产转换效率达到25.66%,并获证书。

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效率测试认证

图片在此次效率测试认证中,TÜV莱茵依据IEC 60904-1:2020、IEC 60904-1-2:2019、IEC 60891:2021、IEC 60904-7:2019、IEC 60904-8:2014技术规范标准要求,对普乐科技N型TOPCon电池进行了电性能全面测试。

在此次效率测试认证中,TÜV莱茵依据IEC 60904-1:2020、IEC 60904-1-2:2019、IEC 60891:2021、IEC 60904-7:2019、IEC 60904-8:2014技术规范标准要求,对普乐科技N型TOPCon电池进行了电性能全面测试。

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普乐科技泰兴基地一期TOPCon电池片项目于5月18日正式下片后,在团队夜以继日的共同努力下,生产线效率和良率快速爬升。其中,公司的激光SE设备及工艺助力客户量产电池提效达0.25%以上,赢得了客户的高度认可!


第三代SE设备性能出色



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开发专用激光器及光学系统

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公司凭借多年积累的激光器及光学、工艺和自动化能力,成功将QuaPulseTM激光时空调制技术应用到TOPCon电池激光SE中,开发了基于此技术的专用激光器和设备,解决了激光一次硼扩的难题。继量产设备正式推出后的短短几个月间,公司的高性能TOPCon激光SE设备在客户的研发认证端、量产验证端、量产线交付端都表现突出,获得越来越多头部客户的关注和认可,累计签约近20GW。


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第三代TOPCon激光SE设备

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公司光伏业务团队深入调研客户应用场景,持续开展技术创新和用户体验优化工作。基于自主研发的QuaPulseTM激光调控加工系统、稳定先进的自动化装备和对激光与材料相互作用的深刻理解,已投入量产的第三代高性能TOPCon 激光SE设备的产能、碎片率、Uptime等关键指标均已经达到行业领先水平,提效水平与可比同行相比平均高0.03%~0.05%,为客户提供了更优的选择。


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