激光高效加工优化太阳电池制造

-----暨国内激光技术及企业现状分析

文/凯瑞

【编者按】：从最初对整个光伏产业涉入激光企业的搜集了解、到激光在太阳能光伏领域的市场调查、再到激光技术在高效太阳电池的应用以及后期的激光企业跟踪走访，笔者愈深入了解愈发觉激光技术在光伏产业的巨大发展潜力。

当前全球光伏业，降低生产成本、提高转换效率几乎是所有太阳电池厂商最迫切想解决的难题，为此各类先进技术层出不穷、相互争夺市场份额。在此背景下，激光技术以其精准性、速度、零接触以及良好的热效应等优势应用到光伏产业。如今，在光伏领域拥有一套特定且不同工艺参数的激光设备及技术，以其在线加工系统中的关键地位，为优化太阳电池制造、降低生产成本、提高转换效率发挥着越来越重要的作用。

本选题透过激光技术在高效太阳电池中的应用及激光企业的视角，洞察国内大型太阳电池片生产厂商、相关产业链企业对自身竞争力及产品高效的重视力度与研发举措，结合时下光伏业内大片“高效率低成本”的呼声，笔者深感国内光伏产业的逐渐成熟与理性回归，整个光伏产业悄悄呈现出 “企业技术核心（CTO）与各环节企业核心技术”对话的趋势！

激光技术，高效太阳电池催化剂

高效晶体硅太阳电池研究，是在晶体硅太阳电池方面开展的一系列新技术、新工艺研究。如背接触激光贯孔结构设计、LFC、丝网印刷的新型背接触太阳电池研究、n型太阳电池技术研究等。研究水平和影响相当不错，开发的LFC电池转换效率接近19%，目前制备选择性发射极太阳电池转换效率也可达到19%。值得一提的是，对于高效太阳电池的研发，如今已不仅仅是太阳电池厂商一方的努力，还有来自各个产业链环节企业、科研院校、R&D实验室的先进工艺加盟，就像尚德冥王星计划，实行强强技术合作，将大大加快高效太阳电池实现量产的速度。

据了解，激光技术在高效太阳电池的制造中，显示出相对低调却又极其重要的助推催化作用。我们先来看下激光技术在太阳能光伏产业中一些主要应用，如激光刻边(laser edge isolation)、激光掺杂(laser doping diffusion)、激光烧结LFC (laser fired contatcts)、埋栅极刻槽(LGBC)、激光制绒(Texturing)、钝化介质膜烧蚀(laser ablation)、激光切割(laser cutting)、背结电池钻孔(laser drilling)、焊接(Soldering)、RISE-EWT(LFC,structuring,drilling)、ID标记(Marking)、电池分割(Singulation)等。

为更具体地进行阐述，我们结合当前几大高效太阳电池的制造来看几项主要激光技术在其中扮演的角色及所处位置。

1、激光烧结技术(laser fired contatcts，简称LFC)

该项技术由Fraunhofer ISE开发，试制阶段 LFC工艺能以 1 0000个/s的速度产生100 μm的接点，工业规模化的成本效益提高，其对材料、所有厚度晶片的功能及掺杂水平都没有太大影响，而且能与大多数其它高效率的电池设计兼容，最终的结构使得电池可以有19%的效率。

激光烧结工艺对太阳电池的影响不容忽视，其优化晶体硅电池制造、加速电池高效的一个典型案例就是其在背接触电池（IBC）制作中的应用。背接触电池是由Sunpower公司开发的高效电池，其特点是正面无栅状电极，正负极交叉排列在背面，量产效率可达19%~20%。这种背电极的设计实现了电池正面“零遮挡”，增加了光的吸收和利用，但制造流程也不简单：清洗―制绒―扩散（n⁺）―丝印刻蚀光阻―刻蚀P扩散区―扩散（P⁺）―减反射镀膜―热氧化―丝印电极―烧结―激光烧结。

其中涉及到的工艺难点除了金属电极下重扩散、扩散（P⁺）还有激光烧结，激光参数优化后，点阵间距、材料种类、光束质量、脉冲宽度以及聚焦光斑能量分布对电池指标都有影响。