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激光加工系统在太阳能电池中的应用

导读:

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200912月的哥本哈根气候会议刚过,节能、绿色、环保成为人们生活关注的话题。正在流行的太阳能建筑、太阳能路灯、太阳能手机、太阳能汽车、太阳能飞机也反映了这个时代潮流。新一代的薄膜太阳能电池能够问世的背后功臣则是制造太阳能电池的激光加工系统,比如美国JPSA公司的PV-5000薄膜太阳能电池激光划片加工系统。

 

一、太阳能电池市场应用

 

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。面对国际油价不断飙高、第三次石油危机即将到来的危机,一股全世界重新洗牌的能源卡位战,已经响起咚咚战鼓,蓄势待发了。

 

由于封装技术、焊接材料与加工方法及芯片上的改良,在1991年太阳能系统的寿命约510年。到了1995年则增加到1020年,而到公元2000年更可延长使用年限到25年以上。于1995年仅美国市场的太阳能电池销售额为35亿美元。由于石油及环保(全球温室效应)的问题,以及外交上对落后地区的援助,使得在公元2000年后全球的太阳能电池销售额成数倍的成长。

 

到了2005年后,由于德国等环保先进国家新建筑法规的因素,造成太阳能板需求量爆发大增,瞬间市场严重缺货,造成全球太阳能电池产业的蓬勃发展,许多太阳能电池厂的股价,一夕之间冲到最高点。同时也带动洞悉商机的传统制造业转型,投入到太阳能相关商品的开发、应用。

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英国曼彻斯特CIS大楼,外覆价值550万英镑太阳能PV 2005/11月开始供电

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薄膜太阳能电池板屋顶

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太阳能路灯

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韩国三星电子(Samsung Electronics)太阳能手机蓝色地球(Blue Earth)(左)

日本夏普(Sharp)太阳能手机SH002(右)

2009年太阳能手机纷纷登场,让手机市场耳目一新,据了解,目前这些太阳能手机的太阳能面板多数采用结晶矽太阳能电池,所以,在充电时对阳光照射的量及角度要求度也相对高。太阳能业者预估,待更高效率的对阳光照射量及角度要求度相对低的薄膜太阳能电池问世后,太阳能手机可望大行其道,颠覆整个手机市场。

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日前日本TOYOTA发表的PRIUS3代,天窗位置也安装了太阳光电面板,主要的功能是当车子停放在烈阳下时,车内的风扇借由太阳能发电而启动,让车内的温度可以适当不致于温度过高

 

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瑞士太阳动力(Solar Impulse)团队开发的HB-SIA外观看上去像滑翔机,但从其翼展来看则像是现代客机。HB-SIA采用合成材料,以令其保持极轻的重量,同时通过超高效太阳能电池、普通电池、发动机和推进器令飞机可以在夜间飞行。

 

二、太阳能电池如何工作

 

太阳能电池(Solar Cell)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,PV太阳能光伏电池的发电原理,是利用太阳电池吸收0.41.1μm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。由于太阳能电池产生的电是直流电,因此若需提供电力给家电用品或各式电器则需加装交直流转换器,换成交流电,才能供电至家庭用电或工业用电。

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目前可听到不同世代的太阳能电池:第一代基板硅晶(Silicon Based)、第二代为薄膜(Thin Film)、第三代新观念研发(New Concept)。

第一代硅基太阳能电池。对于太阳电池来说最重要的参数是转换效率,目前在实验室所研发的硅基太阳能电池中,单晶硅电池的最高转换效率为29%,多晶硅电池为24%。实际量产时的转换效率会较低。

第二代薄膜太阳电池。包括非晶硅太阳能电池、CdTe CIGS化合物半导体电池。相比硅晶电池的几百微米硅晶厚度,薄膜太阳能电池薄膜厚度只有几个微米,大大降低了材料的成本。虽然目前多数量产薄膜太阳电池转换效率17%仍无法与晶硅太阳电池抗衡,但是其低制造成本仍然使其在市场有一席之地,且未来市场占有率仍会持续成长。

第三代新观念研发太阳能电池。包括染料敏电池、有机材料电池、串叠型电池等。染料感光太阳电池(Dye-sensitized solar cellDSSC)是最近被开发出来的一种崭新的太阳电池。虽然目前DSC电池的最高转换效率约在12%左右,但是制造过程简单,所以一般认将大幅降低生产成本,也同时降低每度电的电费。串叠型电池(Tandem Cell)属于一种运用新颖原件结构的电池,借由设计多层不同能隙的太阳能电池来达到吸收效率最佳化的结构设计。目前由理论计算可知,如果在结构中放入越多层数的电池,将可把电池效率逐步提升,甚至可达到50%的转换效率。

 

下面是不同类型的研究级的太阳能电池转换效率图

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三、太阳能电池如何制造

 

薄膜太阳能电池制造流程如下,其中有多处用到激光划片切割

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美国JPSA公司的PV-5000薄膜太阳能电池激光划片加工系统

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PV-5000系统,多光路快速加工,可以对非平面玻璃板自动聚焦,无HAZ热影响区,可以高产量高效进行薄膜太阳能电池的P1、P2、P3划片与P4边缘隔离

 

 

PV-5000薄膜太阳能电池激光划片加工系统产品特点:

  •           太阳能薄膜面板加工面积0.6m×1.2m Gen 5,薄膜板面积最大可达Gen 8.5
  •           TAKT加工时间30秒,精密气动系统扫描速度可达1.5米/秒
  •          微米加工精度,视觉系统在面板划片前进行精确定位
  •           采用大理石工作台,承载高精度的运动控制系统与光束传输系统
  •           根据加工材料可选择1064nm,352nm,355nm 266nm波长的激光

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JPSA薄膜太阳能电池优化划片      JPSA薄膜太阳能电池划片     JPSA硅晶太阳能电池划片

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