激光在太阳能电池产业中的应用现状.pdf

2 0 1 0 年1 2 月思茅师范高等专科学校学报D e e 2 0 1 0激光在太阳能电池产业中的应用现状杨贵荣(思茅师范高等专科学校计算机科学系，云南普洱6 6 5 0 0 0)摘要】在结合相关的文献基础之上简要的介绍了激光h-Y-在太阳能电池产业中的三个方面应用：激光开槽埋栅、激光划刻薄膜电池、激光打孔制作背接触式太阳能电池。关键词 激光；太阳能电池；激光开槽；激光划刻；激光打孔 中图分类号 T N 2 4 9 文献标识码 A 文章编号 1 0 0 8-8 0 5 9(2 0 1 0)0 6-0 0 2 9 0 3J L-_ 一L 刖吾兴起于2 0 世纪6 0 年代的激光加工技术，第一次飞速发展期是2 0 世纪8 0 年代末9 0 年代初，此后逐步大量应用于如机械制造、汽车、造船、微电子等材料加工的各个领域行业，尤以机械行业的应用发展速度最快，在机械制造业中的广泛使用又推动了激光加工技术的工业化。激光因其快速、精确、零接触以及良好的热效应迅速在各行业中体现出了其优越性，而这些特点恰好是光伏生产对其加工过程的要求。因此，近年来传统激光技术企业和光伏生产商越走越近，并共同进行了大量开发，期待获得更加有效的光伏模块。而和其他产业一样，激光的精确性和速度再次成为光伏产业的催化剂。光伏生产领域开始大量使用激光技术，如给构成光伏模块基础的太阳能晶圆钻孔以及应用于切割太阳能电池及表面加工等。因其精确性和速度，激光技术也使太阳能电池效率大大提高，并降低了切割成本。激光技术与光伏生产科技的融合，传统半导体厂商的加入，使双方已经形成了独有的联合，而激光技术也为光伏发电进入市场做出了巨大贡献。在新能源，尤其是太阳能产业备受推崇的背景下，激光钻孔、刻槽、划片、薄膜太阳能电池激光划线系统、光纤激光器等大量激光J J n-r 技术及产品也越来越受到行业的关注。2 激光在太阳能电池生产中的应用在世界流行节约能源的潮流中，绿色科技已是目前的产业新星。而这波绿色科技潮流，又首推太阳能最为行情看涨，有可能成为全球红透半边天的明日之星。太阳能电池(S o l a rC e U)发电是一种可再生的环保发电方式，发电过程中不会产生二氧化碳等温室气体，不会对环境造成污染。简单的说，太阳能光伏电池的发电原理，是利用太阳电池吸收0 4 1 1 斗m 波长(针对硅晶)的太阳光，将光能直接转变成电能输出的一种发电方式。下面主要结合相关文献从三个方面介绍激光在太阳能电池生产中的应用。2 1 激光开槽埋栅(1 a s e rg r o o v e d，b u f f e dc o n t a c t)1 9 8 5 年M A G r e e n 等在文章中首次提出激光开槽埋栅太阳能电池，研制成的激光开槽，埋栅电极(简称为L G B C)硅太阳能电池，具有许多优点：光电转化效率高，加工电池面积大，工艺较简单，成本低，可靠性高，适于批量生产。因此，这种大面积、高校率硅太阳能电池颇有规模生产的潜力以及竞争优势。激光开槽采用N d：Y A G 激光器。激光器发出经Q 开关声光调制的高能量强度，脉冲激光(波长1 0 6 恤m)，照在移动的硅片表面上，为一定深度的硅所吸收，产生高温，发生气化、熔化现象，而在硅片表面上“刻划”槽后，经化学腐蚀，除去槽区颗粒堆积物及激光损伤部分，才显露出整个槽区，完成开槽工序后。槽深决定于激光能量的大小，文献中报道是槽宽的2 至5 倍。激光开槽，【收稿日期 2 0 1 0 0 5 1 0 作者简介】扬责蒙(1 9 7 0 一)，男，哈尼族，云南江城人，思茅师范高等专科学枝计算机科学系讲师。2 9万方数据思茅师范高等专科学校学报极窄又深，这是激光开槽技术的第一个显著优点。激光开槽所加工的硅片被固定在载物台上。该台移动的图形(即电池栅极图形)受微机中所涉及的程序及步进机的精密控制。这种技术在大面积、多品种太阳能电池的研究或生产中，显得十分方便、灵活。这也是激光开槽技术的第二个优点。1 9 8 8 年M A G r e e n 又在文献B 1 中报道运用激光开槽埋栅技术研制成功在1 2 c m 2 的单个电池，并且电池效率达到2 0 6。同年C h e eM u nC h o n g H 等人发表了运用同样的技术制作的1 2 e r a。的电池效率为1 9 8。2 0 0 5 年J i u n H u aG u o H l 等人也运用开槽埋栅技术在磷掺杂的衬底上制作了叉指背面接触太阳能电池，电池片的效率为1 9 2。2 2 激光划刻(1 a s e rs c r i b i n g)薄膜电池在薄膜太阳能组件生产中，激光设备在“划刻”过程中发挥两大作用”】：第一，它把连续的膜层细分为单个电池，工艺过程如下图1；第二，在单个电池之间建立串联连接结构，如下图2。在激光划线工艺中，通过调整划刻的线条数，将电池串联起来形成最佳的电压和电流。图1 薄膜太阳能电池的沉积和划刻过程：1)制作衬底(s u b s t r a t e)；2)沉积透明氧化导电层(T C O)；3)制图与激光划刻T C O 层(P 1)；4)沉积吸收层；5)激光划刻吸收层；6)T C O 沉积层；7)P 3激光划刻T C O 层。头方向。1 9 9 4 年K e i t o k u【6 0 等人运用N d：Y A G 激光器(波长1 0 6 v L m)刻蚀方法制作了C d S C d T e 薄膜太阳能电池，得到开路电压为V o c=0 6V，短路电流I s c=1 3m A c l n 2，填充因子F F=0 4，效率为e f f i c i e n c y=3。2 0 0 0 年A D C o m p a a nE 7】等人深入的研究了不同类型激光器“划刻”多种薄膜用太阳能电池材料(C d R，C u I n G a S e 2(C I G S)，Z n O，S n 0 2，M o，A l，和A u)。激光器包括N d：Y A G(1 0 6 4a n d5 3 2 n m)、X e C l 准分子激光器(3 0 8 n m)、铜蒸汽激光器(5 1 1 5 7 8 n m)、K r F 准分子激光器(2 4 8 n m)、最后发现两种波长的N d：Y A G 激光器除了透明导电Z n O 外，其他材料都取得了很好的效果。并在文章中仔细考察了激光“划刻”过程与激光的波长、激光脉冲持续时间、脉冲能量密度之间的变化关系。2 3 激光打孔(L a s e rD r i l l i n g)制作背接触式太阳能电池(B a c k c o n t a c ts o l a rc e l l)激光打孔是制作背接触太阳能电池的关键技术，通常生产的太阳能电池都是在正面印刷电极栅线，这将在电池表面形成5 一7 的遮光。为了克服这样的缺点发展了许多新的技术。其中，2 0 0 5 年E m m a n u e lV a nK e r s c h a v e r 1 在文章中分别介绍了两种背接触式太阳能电池：镀金属穿孔卷绕(M e t a l l i z a t i o nw r a p t h r o u g h，M W T)设计的背接触太阳能电池和发射极穿孔卷绕(E m i t t e rw r a p t h r o u g h，E W T)太阳能电池。M W T 太阳能电池是用激光在电池的正面用激光打孔，经由数目有限的小孔将正面主栅线金属从前表面卷绕至后表面从而可以减少正面主栅线对阳光的遮蔽，提高太阳能电池的有效受光面积。结构如下图3。从图中我们也可以看到在电池片的受光面仍然存在着遮光的栅线。E W T 太阳能电池通过激光钻孔将n+发射极从前表面卷绕至后表面以形成导电通路，所有的电极接触都在后表面，这种方式就在电池正面完全避免了金属栅线的遮光效应，而且，由于在前后两个表面上均存在一个n 型发射极，因此该电池结构还具备双面集电的特征。结构如图4 所示。图2 薄膜电池串联(小范围截取图)。厚度为微米量级，吸收材料沉积在接触电极之间，先沉积再激光划刻形成不同的层，电流方向如图中箭图3 镀金属穿孔卷绕太阳能电池示意图3 0万方数据杨贵荣：激光在太阳能电池产业中的应用现状要羹燃思丢纛曼态黑建燃娄銎翌cH伽igh-，effici。ency,lasergrooVe，d,buried4昕con(ta。9ct88si)li；-solarc e l l sA p p l t h y s L e t t 3 2,警喜、耋誊戮娄誊警篓鼍登篓耋莩嚣嚣罄誊c 吼 4 J i u n 一H u ac u。，T j 枷一，B 釜竺嚣?Z雀t 堂譬璺黧。曼弛謇龛鼍磐娄警笔墨E 1；w 1 麓=茄翟=譬萎、皇曼蔫瑟差：登型鐾鬯：三览翼：型要鎏坠坠丝鎏厶s o l a 删r c Z e V o 既瓮：三之：蜀篡r i 艺釜他8 1 1 n l c c e o n，竺釜茬兰堂耄彗奎耋茔型奎里璧电鎏篁耋要差窆姗5 琶：=要：措墨墨芸善二嚣：銮j皇鎏兰鳌妻望篓塞耋等量茎鬈譬：h 烹王时间关系等：蔷写嚣二蒹?m mm e u 唧一m 吼儿L“挚苎呈鳌誓技术都没能在文章中集中讨论。明 5 u u A”O J s t e n d u o 二，A S c h o o n d e r b e e k，h 3 1万方数据激光在太阳能电池产业中的应用现状激光在太阳能电池产业中的应用现状作者：杨贵荣，YANG Gui-rong作者单位：思茅师范高等专科学校计算机科学系,云南,普洱,665000刊名：思茅师范高等专科学校学报英文刊名：JOURNAL OF SIMAO TEACHERS COLLEGE年，卷(期)：2010,26(6)参考文献(16条)参考文献(16条)1.Emmanuel Van Kerschaver;Guy Beaucarne Back-contact Solar Cells:A Review 20062.M.A.Green Improvements in silicon solar cell efficiency 19853.A.D.Compaan;I.Matulionis;S.Nakade Laser scribing of polycrystalline thin films 20004.M.A.Green.C.M.Chong 20%efficient laser grooved,buried contact silicon solar cells 19885.Keitoku S;Ezumi H Preparation of CdS/CdTe solar cell by laser ablation外文期刊 19946.Chee Mun Chong.Stuart R.Wenham High-efficiency,laser grooved,buried contact silicon solar cells19887.A.Ostendorf;A.Schoonderbeek Lasers in energy device manufacturing 20088.Jiun-Hua Guo.Tjahjono,B.S.Cotter,J.E 19.2%efficiency n-type laser-grooved silicon solar cells20059.Jiun-Hua Guo;Tjahjono,B.S;Cotter,J.E 19.2%efficiency n-type laser-grooved silicon solar cells200510.A.Ostendorf.A.Schoonderbeek Lasers in energy device manufacturing 200811.Chee Mun Chong;Stuart R.Wenham High-efficiency,laser grooved,buried contact silicon solar cells外文期刊 198812.Keitoku S.Ezumi H Preparation of CdS/CdTe solar cell by laser ablation 199413.M.A.Green;C.M.Chong 20%efficient laser grooved,buried contact silicon solar cells 198814.A.D.Compaan.I.Matulionis.S.Nakade Laser scribing of polycrystalline thin films 200015.M.A.Green Improvements in silicon solar cell efficiency 198516.Emmanuel Van Kerschaver.Guy Beaucarne Back-contact Solar Cells:A Review 2006 本文链接：http:/