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新能源环境

激光加工技术在太阳能电池制造中的应用

hth官方来源:中谷联创2023-11-02我要评论(0)

前几年,提起新能源行业,人们想到的都是锂电/电动汽车,其实太阳能也属于新能源一块,进入2023年,在工业经济增长疲软,激光行业加剧内卷的情况下,太阳能电池的激光加...

前几年,提起新能源行业,人们想到的都是锂电/电动汽车,其实太阳能也属于新能源一块,进入2023年,在工业经济增长疲软,激光行业加剧内卷的情况下,太阳能电池的激光加工设备需求逐步放量,成为一大增长亮点。

01、激光加工技术

激光加工是利用光束的高能量与材料发生作用,并瞬间把材料气化或改变性质达到预期制造效果。激光加工主要包括打标、切割、焊接、熔覆、清洗等工艺,目前国内工业激光主要的应用份额是在金属切割、焊接,属于一种粗加工的方式,对工件精度的要求并没有非常高,设备的通用性很强,所以容易形成批量规模。

HTH登陆入口网页 的另一方面是精密加工,由于其大多数是定制加工,设备也要根据材料的性质而定,有时是晶圆、有时是玻璃、PCB板,又或者是薄膜或者合成材料,产品小而精,激光工艺开发与试样周期长,所以精密激光加工难以批量生产。以去年我国大约500亿元的工业激光设备规模,其中近80%是属于激光粗加工的,精密激光加工仅占了20%左右。

在这20%精密激光加工里面,又包含了手机部件加工、显示屏或者OLED切割、玻璃切割等行业应用,这里值得注意的是太阳能电池上的激光加工,近几年正快速得到推广。

02、太阳能电池激光加工

太阳能电池是通过光电反应将光能转换成电能的能量转换器,太阳能电池转换效率是降低光伏成本的重要因素。在太阳能电池生产中,激光加工技术主要应用于PERC、SE、MWT等电池片工艺,以提高光电转换效率。

PERC激光消融工艺

PERC高效太阳能电池是通过在电池背面增加钝化层,一方面阻止载流子在一些高复合区域(如电池表面与金属电极的接触处)的复合行为,减少电损失;另一方面同时可以增强电池下表面光反射,减少光损失,从而提高电池的转换效率,提高电池的性能。

早期实验室的湿法刻蚀工艺,产业化难度和成本高。此外,采用激光也要求激光加工能够定位最优化的能量密度分布,精确控制作用时间,并保证每个脉冲严格一致。只有特制的激光器和光路控制,配合长期积累的工艺经验,才能得到最佳的电池性能。迅速定位与特定材料加工匹配的微纳级激光加工技术和适应高效生产的控制系统是PERC电池激光加工设备的技术核心,同时也是高效太阳能电池实现产业化的保证。

在PERC技术中,难点之一是背面电极透过钝化层实现微纳级高精度的局部接触。加工过程中,在对钝化膜精密刻蚀的同时,不能损伤到硅衬底材料,否则会影响电池片最终转化效率。

相对于传统工艺的太阳能电池制造,PERC高效太阳能电池制造只需要增加氧化铝镀膜设备、激光加工设备及其它少量辅助设备即可完成生产线的升级和改造,可以兼容现有生产线,有利于以相对较低的成本提升电池技术参数和生产效率,对太阳能电池制造企业具有很强的吸引力。

SE掺杂工艺

SE电池(选择性扩散电池)是通过在晶硅太阳能电池电极栅线与硅片接触部位区域进行高浓度磷掺杂,从而降低电极和硅片之间的接触电阻;电极以外区域进行低浓度浅掺杂,降低表面复合速率,从而有效实现电池的开压、电流和填充因子的改善,提高光电转换效率。

SE电池制备的主要工艺方法包括丝网印刷掺杂源高温扩散法,离子注入法和激光掺杂法等。激光掺杂具有提效明显、工艺流程简单、投入成本低、设备紧凑、占地面积小、无污染,与传统太阳能电池生产线相兼容性强等特点,因而逐渐成为了行业主流的选择性发射极制备方式。

MWT工艺

MWT(金属穿孔卷绕技术),用以制备背接触MWT电池,该技术采用激光打孔、背面布线的技术消除正面电极的主栅线,正面电极细栅线搜集的电流通过孔洞中的银浆引到背面,这样电池的正负电极点都分布在电池片的背面,有效减少了正面栅线的遮光,提高了光电转化效率,同时降低了银浆的耗量和金属电极-发射极界面的载流子复合损失。

和常规组件相比,MWT电池制造省去了复杂的高温焊接过程,更容易实现自动化和更高产能,降低破片率。

MWT电池制造中在硅片、铜箔和封装材料中做精准打孔是重要步骤。低功率、短波长的激光器打孔的质量好、热损伤小,但速度慢、成本高,不适合规模化生产;高功率、长波长的激光器打孔速度最快,但热损伤大,容易产生隐裂,影响产品质量。选择稳定性最佳的激光器,性价比最佳的波长,调整合适的功率、频率和脉宽、光束质量等参数是做好MWT电池的基础。


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