對(duì)光伏發(fā)電、生產(chǎn)不斷要求降本的現(xiàn)實(shí)讓一代又一代的光伏人不斷改進(jìn)太陽能其生產(chǎn)工藝。在新材料、自動(dòng)化工具和機(jī)器、制造技術(shù)以及包裝材料等新創(chuàng)新中，激光也為光伏行業(yè)的提質(zhì)增效做出了不少貢獻(xiàn)。本文綜述了激光在光伏組件制造中的應(yīng)用，重點(diǎn)介紹光伏電池生產(chǎn)和組串所用的激光束。
激光在太陽能電池制造中扮演什么角色?
光伏生產(chǎn)最重要的就是電池制造。硅電池在光伏發(fā)電中有重要作用，無論是晶硅電池還是薄膜硅電池。在晶硅電池中，由高純度的單晶/多晶切成電池用的硅片，利用激光來精確地切割、成型、劃線，制成電池后再組串。
提高能效是制造工程師工藝革新的不斷追求，包括減少制造過程中使用的材料和人工，以及最大化組件的有效利用面積和單位面積的發(fā)電量。激光加工的精確度讓光伏從制造端開始就提高了能源效率。具體而言，如電池制造的氣相沉積工藝，與其他沉積方法相比，激光處理以較低的成本提供了更高的產(chǎn)量，減少了化學(xué)沉積所需的其他材料。
另外，我們還可以看到激光技術(shù)在太陽能電池制造的其他應(yīng)用，包括：
電池邊緣鈍化處理
提高太陽能電池效率的關(guān)鍵因素是通過電絕緣將能量損失降至最低，通常是通過硅片邊緣蝕刻鈍化來完成的。傳統(tǒng)工藝使用等離子處理邊緣絕緣，但用到的蝕刻化學(xué)品昂貴且對(duì)環(huán)境有害。采用具有高能量和高功率的激光器可以快速鈍化電池片邊緣并防止過多的功率損耗。有了激光成型的凹槽，太陽能電池漏電流造成的能量損失大大降低，從傳統(tǒng)化學(xué)蝕刻工藝損失的10-15%降低到激光技術(shù)的2-3%損失。
排列劃線
除了提高能效外，激光技術(shù)還使在制造過程中很多工藝任務(wù)變得更加容易。用激光排列硅片是太陽能電池自動(dòng)串焊常見的在線工藝。以這種方式連接太陽能電池降低了存儲(chǔ)成本，讓每塊組件的電池串排列更整齊、緊湊。
切割劃片
激光在硅片和電池片加工可以作為切割工具。用激光來劃片切割硅片是目前最為先進(jìn)的,它使用精度高、而且重復(fù)精度也高、工作穩(wěn)定、速度快、操作簡單、維修方便。
硅片標(biāo)記
激光在硅光伏工業(yè)中的顯著應(yīng)用是在不影響硅片導(dǎo)電性的情況下對(duì)硅片進(jìn)行標(biāo)記。硅片標(biāo)記可幫助制造商跟蹤其太陽能供應(yīng)鏈并確保質(zhì)量穩(wěn)定。
薄膜燒蝕
薄膜太陽能電池依靠氣相沉積和劃片技術(shù)選擇性燒蝕某些層以實(shí)現(xiàn)電隔離。薄膜的各層需要快速沉積，而又不影響到基底玻璃和硅的其他層。瞬間的燒蝕會(huì)導(dǎo)致玻璃和硅層上的電路損壞，從而導(dǎo)致電池故障。
理想的激光功率和光束特性是什么?
為了確保組件之間發(fā)電性能的穩(wěn)定性、質(zhì)量和均勻性，必須為制造車間精心調(diào)整激光束功率。如果激光功率不能達(dá)到一定水平，就無法完成劃線過程。同樣，光束必須將功率保持在狹窄的范圍內(nèi)，并在裝配生產(chǎn)線中確保7*24小時(shí)工作狀態(tài)。所有這些因素都對(duì)激光規(guī)格提出了非常嚴(yán)格的要求，并且必須使用復(fù)雜的監(jiān)控裝置來確保峰值運(yùn)行。例如，激光束功率檢測(cè)器的尺寸和損壞閾值必須適當(dāng)，才能在高功率下重復(fù)測(cè)試。經(jīng)常進(jìn)行測(cè)試功率計(jì)量對(duì)于檢測(cè)可能的故障至關(guān)重要。在電池片邊緣鈍化工藝中，激光器必須具有高功率密度，以避免重新沉積。
制造商和研究人員都使用光束功率測(cè)量 來定制激光器并將其調(diào)整到符合應(yīng)用要求。對(duì)于大功率激光器，有許多不同的功率測(cè)量工具，高功率檢測(cè)器可以在特殊情況下突破激光器的極限;玻璃切割或其他沉積應(yīng)用中使用的激光需要關(guān)注光束的精細(xì)特性，而不是功率。
薄膜光伏中當(dāng)用于燒蝕電子材料時(shí)，光束特性的重要性勝過原始功率。尺寸、形狀和強(qiáng)度在防止組件電池的漏電流中發(fā)揮重要影響。將沉積好的光伏材料燒蝕到基礎(chǔ)玻璃板上的激光束也需要精細(xì)調(diào)整的特性。作為制造電池電路的第一接觸點(diǎn)，光束必須符合所有標(biāo)準(zhǔn)。只有具有高重復(fù)性的高質(zhì)量光束才能正確燒蝕電路，而不會(huì)損壞下方的玻璃。通常這種場(chǎng)合需要用到能高度重復(fù)測(cè)量激光束能量的熱電探測(cè)器。
激光束中心的大小會(huì)影響其燒蝕的方式和位置。光束的圓度(或橢圓度)會(huì)影響投射到太陽能組件上的劃線。如果劃線不均勻，不一致的光束橢圓率將導(dǎo)致太陽能組件缺陷。整個(gè)光束的形狀還會(huì)影響硅摻雜結(jié)構(gòu)的有效性。對(duì)于研究人員來說選擇激光器重要的是精確度，而不需考慮加工速度和成本，但對(duì)于生產(chǎn)來說，如在電池制造中蒸發(fā)所需的短脈沖通常要使用到鎖模激光器。
展望太陽能電池制造
鈣鈦礦等新材料提供了一種更便宜且完全不同于傳統(tǒng)晶硅電池的制造工藝。鈣鈦礦的最大優(yōu)點(diǎn)之一是它在保持效率的同時(shí)減少了晶硅加工和制造對(duì)環(huán)境的影響。有很多不同的鈣鈦礦制造方法，其中最引人注目的是一種叫做溶液處理的簡單濕法化學(xué)技術(shù)。隨著這些工藝的量產(chǎn)和鈣鈦礦效率更接近硅電池，它很可能會(huì)成為新的電池路線。
鈣鈦礦電池的氣相沉積也使用到激光，但濕法化學(xué)工藝不需要。
激光加工技術(shù)所取得的巨大進(jìn)步和速度令人震驚，大部分歸功于新型太陽能電池的研究和投產(chǎn)。有了各種光束診斷選項(xiàng)，無論是新手還是專家，都可以在任何緊湊的環(huán)境中使用便攜式激光探測(cè)器正確測(cè)量其光源。現(xiàn)在，激光已經(jīng)成為生產(chǎn)硅太陽能電池的最可靠的工具。
