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光伏行業(yè)中激光刻蝕技術(shù)的應(yīng)用

發(fā)布時(shí)間：2018-07-19 來(lái)源：元祿光電

激光作為工業(yè)化工具在光伏行業(yè)是一種關(guān)鍵的技術(shù)。它能確保低成本的制造工藝，生產(chǎn)出高效的太陽(yáng)能電池。激光刻蝕劃線技術(shù)就是實(shí)現(xiàn)此目標(biāo)的理想選擇，并且比起其它的工藝它更高效，因?yàn)樗环矫嫣岣吡松a(chǎn)流程中的工藝可靠性，另一方面降低了生產(chǎn)成本。這些優(yōu)勢(shì)在生產(chǎn)晶硅太陽(yáng)能電池和薄膜太陽(yáng)能電池中得到了充分的體現(xiàn)。

大規(guī)模生產(chǎn)的趨勢(shì)正推動(dòng)著激光技術(shù)的發(fā)展。這是因?yàn)樵诩す饧夹g(shù)上的投資能快速得到回報(bào)，特別是當(dāng)今已經(jīng)安裝的那些每年產(chǎn)能在60-100MW的生產(chǎn)線。通常來(lái)說(shuō)，激光刻蝕劃線技術(shù)能發(fā)揮其潛在優(yōu)勢(shì)。

激光作為工具被使用，因?yàn)樵诠夥袠I(yè)中針對(duì)不同材料（硅，金屬，電介質(zhì)）的吸收可以選擇正確波長(zhǎng)。

短波或脈沖激光能保證較低的光熱效度。

對(duì)于易碎材料的加工，通過(guò)非接觸式的方法減小機(jī)械沖擊是建立可靠的工藝生產(chǎn)線的基礎(chǔ)。

在更換工具后昂貴的工藝調(diào)整過(guò)程就不必要了，因此減少了生產(chǎn)過(guò)程中的停機(jī)時(shí)間。

在晶硅太陽(yáng)能電池生產(chǎn)中，激光技術(shù)被用于切割硅片和邊緣絕緣。電池邊緣的摻雜是為了防止前電極和背電極的短路。在這一應(yīng)用上，激光已完勝其它傳統(tǒng)的工藝。例如等離子刻蝕未能滿足自動(dòng)化要求，破損率很高。

激光技術(shù)越來(lái)越多地用于摻雜工藝，因?yàn)樗茉谔?yáng)能電池上提高局部摻雜濃度得分布從而改善載流子的移動(dòng)性，特別是接觸柵極。至少六個(gè)不同的工藝在市場(chǎng)上互相競(jìng)爭(zhēng)，幾乎所有的工藝都是基于激光技術(shù)。例如，經(jīng)過(guò)特殊設(shè)計(jì)的激光裝量可以毫無(wú)損傷在磷硅玻璃把磷擴(kuò)散到硅片的表面，從而提高晶圓和接觸電極之間的導(dǎo)電率。

激光技術(shù)的另一個(gè)應(yīng)用包括在晶硅太陽(yáng)能電池上選擇性燒蝕鈍化層。超短脈沖和高脈沖能量的激光器特別合適，因?yàn)樗鼈兙哂薪^佳的光束質(zhì)量，這些條件都只能通過(guò)碟片激光技術(shù)才能實(shí)現(xiàn)。由于激光輸出功率的可擴(kuò)展性，從而達(dá)到更高的生產(chǎn)能力，超短脈沖中的高光束質(zhì)量顯著提高太陽(yáng)能電池的轉(zhuǎn)換效率。這樣就可以大大減少太陽(yáng)能電池每瓦特的成本。

根據(jù)不同的膜層，激光刻蝕有碲化鎘或非晶硅薄膜制成的導(dǎo)電和光敏涂層。通過(guò)這種工藝，涂在玻璃基板上的涂層被分割成互相串聯(lián)的電池。這樣，電池的寬度決定了電池和模塊的電壓。準(zhǔn)確的，有選擇地和非接觸的激光加工工藝可以可靠地集成到生產(chǎn)線上。所謂的激光刻線是將30-80μm大小的單個(gè)光脈沖串聯(lián)起來(lái)，而在P1中采用幾十納秒脈寬（10到80ns）的脈沖來(lái)刻蝕。當(dāng)加工到膜層的邊緣時(shí)，材料的一部分被升華，蒸汽壓力可以吹走被刻蝕的材料。因此，加工的能量小了，底部材料的熱影響也會(huì)減少。

由Cu(In,Ga)(S,Se)2組成的薄膜電池也被稱為CI(G)S對(duì)激光加工提出了特別大的挑戰(zhàn)。其所使用的材料是最大的挑戰(zhàn)。如果基板是玻璃，那么鉬薄膜在一開(kāi)始刻線的階段就要加工。然而鉬沸點(diǎn)高，導(dǎo)熱性好，熱容量高。如果熱被應(yīng)用到鉬層上，就會(huì)導(dǎo)致裂縫和剝落。用納秒激光脈沖加工不可避免這些缺點(diǎn)，從而導(dǎo)致質(zhì)量的降低。光敏材料也會(huì)對(duì)導(dǎo)入的高熱易受影響的。硒比其他材料例如銅、銦、鎵的沸點(diǎn)低，因此在低溫時(shí)可以從混合物中脫離。通過(guò)“長(zhǎng)”激光脈沖加工會(huì)導(dǎo)致邊緣區(qū)短路因?yàn)闆](méi)有硒的半導(dǎo)體會(huì)轉(zhuǎn)換成合金。

為了保護(hù)薄膜太陽(yáng)能電池免于不利環(huán)境的影響，特別是防潮，在電池模塊的四周需要清除大約1厘米寬度的膜層，然而通過(guò)層壓保護(hù)。這能保護(hù)太陽(yáng)能電池免于腐蝕以及長(zhǎng)期防止短路。噴砂法目前被廣泛使用。盡管噴砂設(shè)備投資成本低，但在加工過(guò)程中會(huì)由于磨損、清除沙子以及相關(guān)檢測(cè)而產(chǎn)生的高昂后需費(fèi)用。因此，激光技術(shù)是再適合不過(guò)的了。

推薦設(shè)備：導(dǎo)電玻璃激光刻蝕機(jī)