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激光蚀刻太阳能电池(激光蚀刻在太阳能应用)

更新时间  2021-11-10 11:25 阅读

在薄膜太阳能组件中,激光蚀刻是一种重要工具,尤其是高性能、超短脉冲激光器,能提供持续时间仅为数秒钟的超短脉冲,不仅有助于厂商增加产量,而且可优化加工工艺。

作为一种可再生能源,光伏能源在解决能源问题上具有举足轻重的地位。科技进步是实现电力平价消费的重要前提,比如通过技术进步,使光伏发电成本降至接近传统能源的成本。

晶体硅太阳电池是目前光伏市场的主导产品,转换效率达到20%以上。激光蚀刻技术主要应用于晶片切割和边缘绝缘。

采用激光辅助掺杂(doping)工艺,防止了电池的前后短路引起的电源损耗。激光刻蚀技术越来越广泛地应用于激光辅助掺杂技术,以提高载体的迁移率,特别是电极接触。近几年来,薄膜太阳能电池得到了长足的发展,行业专家们期望其未来能在光伏市场上占有20%左右的份额。

由于薄膜太阳电池中使用的薄膜膜厚度仅为几微米,可节约大量材料。制备薄膜太阳电池,激光起到了举足轻重的作用。激光将电池构造成整体,并与模组相连,然后对各模组进行腐蚀,以保证所要求的绝缘性能。

 太阳能电池

成熟的激光刻线技术

在大面积玻璃衬底上沉积导电薄膜和光电薄膜,以产生非晶硅或镉(Cdte)薄膜太阳电池组件。在每一层薄膜上沉积后,用激光刻蚀薄膜,使电池自动串联。通过这种方式,可以根据电池的宽度设定电池和模块的电流。精密选择性非接触激光加工技术能够可靠地集成在薄膜太阳能组件生产线上。一般人所说的刻线就是一次激光脉冲刻蚀的连续过程。在脉冲聚焦后,可获得30~80微米的光斑。所以,在P1层上,玻璃基底应该用脉冲光(10~80ns)宽度来对其进行刻蚀。

透明度导电氧化物(TCO,如Zno和Sno2)通常采用近红外1064nm的光纤激光刻蚀技术,且脉冲的重复频率较高。脉动重复频率一般在100kHz以上。脉搏重复频率高,可确保切口完全清洁。

具体加工工艺应根据材料对激光的吸收率,选择合适的激光波长。绿光激光刻蚀机对硅片的破坏阈值较低,绿光激光能安全地通过膜,并对吸收层进行刻线。P2、P3的刻线机制与P1层相同。

激光单脉冲刻线机制自身的特性限制了脉冲的重复频率。在加工过程中,为了防止接触表面半导体层的脱落,需要重复使用35~45kHz的脉冲。一般的腐蚀阈值是2J/cm2左右,即25μJ的激光能量可以集中到直径40微米的区域,并且平均功率很小。绿光激光刻蚀机的平均功率为数瓦,可实现多束并行加工,进一步提高了加工效率。

P1.P2和P3在微细加工中使用刻线。具有体积小、体积小、输出波长为1064nm、532nm的二极管泵浦激光器无疑是非常好的选择。该激光器具有8~40ns的脉冲宽度和1~100kHz的重复频率。

 太阳能电池

光面刻蚀保护技术

为了避免太阳能电池模组被腐蚀或短路,必须在其边缘留出大约1cm宽的边沿,以便随后将整个电池模组封装。现在用喷砂来清理边缘。尽管投入较低,喷砂工艺也存在着一定的磨损。清理砂子,防止粉尘污染的费用。膜式太阳电池组件需要清洗。成本低、性价比高的解决方案及激光腐蚀处理方案无疑是最佳选择。增大平均功率可得到较好的加工质量。激光刻蚀处理可以达到50cm2/s的去除速度,甚至可以在30s以内完成标准尺寸的太阳能电池组件。

实际上,所有的边缘膜层都能被相同的脉冲去除,其去除率的提高与激光的平均功率密切相关。这种激光器的平均功率大,脉冲能量大,可以一次清除特定区域。这种处理方法最适合光纤传输激光系统,它的输出方型或矩形光斑。在光纤传后,激光的能量分布更均匀,从而达到高度一致的去除效果。采用平行组合光斑,可使加工效率比传统光纤提高50%以上,在保证加工安全性的前提下降低脉冲重复频率。另外,可以将其与扫描振镜相结合,减少非生产周期。激光还应提供相应的分时输出选择,以减少非生产时间。另外,不同工位可共享同一台激光刻蚀机的加工计划,使得产品的装卸时间不会影响激光刻蚀机的生产效率。