新型激光制造工藝正在徹底變革光伏市場
2016-5-16 來源： 作者：
位于德國弗萊堡的太陽能系統研究所開發了一項基于激光的制造工藝方法，這種方法正在徹底地變革光伏市場。點接觸式太陽能電池首次實現批量生產。數百萬具有高效率水平的電池已經進入市場。
未來幾十年里，我們這個社會面臨的主要挑戰之一是，我們的能源系統的要實現從可再生能源中生產出更多的電力的目標。太陽能技術在實現這一目標方面起著決定性的作用。“從光伏能源中生產的電能總量超過250太瓦時，大約相當于30個核電站生產的電能。為了滿足國際氣候變化的目標，每年都要新增光伏發電能力，在未來15年，將增加十倍。總的來說，為了滿足電力市場需求，太陽能技術必須變得更高效而且經濟有效” Ralf Preu博士說，他是德國弗萊堡太陽能系統研究所光伏生產技術和質量保障部門的主任。Ralf Preu博士和他的同事Jan Nekarda博士對激光燒結(LFC)技術的發展做出了重大貢獻，能夠以較低的成本生產更高效的太陽能電池。
今天，大多數太陽能電池都配有一個很寬的金屬接觸層，覆蓋了這個硅晶片的背面，能夠讓電流從太陽能電池流向電極。這種配置導致效率低下。1989年開發了一個更加高效的替代方案，鈍化發射極背面接觸(PERC)太陽能電池技術。與傳統電池技術相反，這項技術包括太陽能電池的背反射層，和幾千個電接觸點。德國太陽能系統研究所的研究人員開發的LFC工藝，首次實現了PERC太陽能電池的大批量工業生產。
高效率電池的批量生產
一個非常薄的非導電層覆蓋在PERC太陽能電池的底部，在金屬接觸層和晶片之間。作為反光鏡，當陽光射入硅晶片時，這個非導電層反射了一部分太陽光而不是全部吸收它們。由于電池正面也能將光線反射到晶片上，因此硅晶片也能捕獲陽光，太陽能電池的效率水平提升。從晶片上導出電流需要非導電層上具有很多小孔，讓金屬電極和硅晶片相接觸。LFC工藝能夠讓晶片上的接近10萬個接觸點每一個都要和單個激光脈沖之間建立聯系。這項工作最大的難度是激光脈沖能夠與硅表面形成良好的接觸，減少對材料的損傷。最重要的一點是，激光的作用要限定在50-2000納秒之間，Jan Nekarda博士解釋說。他們開發的創新系統能夠引導激光束，使它在接近1秒的時間里優化能量密度分布。
“PERC太陽能電池用這種方法提高了1%絕對值的效率水平。按照今天太陽能電池接近20%的轉化效率核算，這大約相當于5%的相對值。我們在這個系統中增進了額外的2%，意味著我們將總的能量產出提高了7%” Ralf Preu博士說。效率水平至關重要，因為絕大多數光伏成本與表面積成正比。“今天我們需要100平米的太陽能電池，那么將來我們只需要93平米就可以產生相同的電量。這不僅意味著減少了硅的使用量，也減少了模塊材料，系統中減少了材料的用量能夠降低成本”
工業領域的成功
太陽能電池制造商可以很容易而且低成本地在現有生產工藝過程中整合激光工序。根據企業信息，Hanwha Q太陽能電池公司已經利用LFC技術生產了2千萬個電池。世界上好多企業都將PERC技術投入到規模生產中。“僅今年一年，制造商已經投入了2億歐元來實施這項技術。這意味著硅太陽能電池進入到了下一個革命性的階段” Ralf Preu異常興奮地說。
Ralf Preu 和Jan Nekarda已經獲得了2016年約瑟夫·馮·夫瑯和費獎，獎勵他們在太陽能技術變化領域的發起者和驅動者的地位。評審團將他們獲獎的理由歸結于“研究人員開發的技術有助于德國企業在競爭激烈的光伏市場繼續取得成功。” （來源： 中國測控網）
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