現(xiàn)今,激光器已經(jīng)普遍應(yīng)用于太陽能電池生產(chǎn)領(lǐng)域,如脈沖Nd:YAG激光器或Nd:YVO4激光器用于太陽能電池的邊緣隔離。在太陽能電池生產(chǎn)中,通過對硅片進(jìn)行激光鉆孔、激光切割、激光劃線來實(shí)現(xiàn)背部電連接,這些方法同樣被認(rèn)為是可行的激光處理方法。若要實(shí)現(xiàn)此法,則需使用具有較高峰值功率和良好光束質(zhì)量的脈沖激光器。 _,JdL'[d
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]E3g8?L 雖然高功率半導(dǎo)體激光器不能達(dá)到這些參量,但當(dāng)使用具有毫米級焦點(diǎn)的緊湊型連續(xù)光源時(shí),高功率半導(dǎo)體激光器仍具有其優(yōu)勢。下面將著重描述激光器在太陽能電池生產(chǎn)領(lǐng)域的應(yīng)用,介紹它是如何實(shí)現(xiàn)焊接、再結(jié)晶或烘干功能的。所有這些應(yīng)用都有其共同點(diǎn)——在幾平方毫米的區(qū)域范圍內(nèi)可達(dá)到目標(biāo)熱值。 Iv5 agh%
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;s!H 半導(dǎo)體激光器——激光焊接 @Gj|X>0
EXi+pm 在光伏組件的生產(chǎn)中,單個(gè)太陽能電池通過焊接連接帶互相電連接。焊接時(shí),焊料必須與其同時(shí)達(dá)到一定程度的良好導(dǎo)電性能。因其不確定的熱輸入和應(yīng)用期間產(chǎn)生的機(jī)械應(yīng)力,業(yè)界很少采用Kolben焊,而是更偏向使用感應(yīng)釬焊、熱空氣焊或微型火焰釬焊等焊接方法。 i YJzSVO
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Fca?'^X 因太陽能電池越來越薄 (<200μm),在其生產(chǎn)過程中,物美價(jià)廉的硅太陽能電池對其晶圓處理的要求也就越來越高,應(yīng)盡可能地減小在處理過程中晶圓的報(bào)廢率和熱應(yīng)力。 J c~{ E
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{38aaf|'/ 采用高功率半導(dǎo)體激光器進(jìn)行焊接有諸多優(yōu)點(diǎn),而這些優(yōu)點(diǎn)對于太陽能電池的電連接是必不可少的。這是一種無接觸方法,是通過對空間和時(shí)間上輸入熱量的定義以及確保太陽能電池本身的熱應(yīng)力最小來實(shí)現(xiàn)的。為提高過程的穩(wěn)定性,半導(dǎo)體激光器可以在一個(gè)閉環(huán)控制回路里(閉環(huán))通過高溫計(jì)的作用,盡可能地控制和減小焊縫的熱量輸入(見圖1)。在自動化生產(chǎn)過程中,可實(shí)現(xiàn)大批量重復(fù)生產(chǎn),同時(shí)也提高了效益,實(shí)現(xiàn)了較高的光電效率。 mqg[2VTRP
*>#cs#) 圖1:掃描頭的工作方式 c?NXX&
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df)1}/*L 多數(shù)情況下,上述提及的高溫計(jì)被集成到激光加工頭中,其探測范圍靜態(tài)地通過激光焦距調(diào)節(jié)。Galvo掃描儀和高溫計(jì)的結(jié)合體現(xiàn)了軸上實(shí)時(shí)溫控的靈活優(yōu)勢,并在材料加工方面實(shí)現(xiàn)了最大可能的過程控制。單個(gè)太陽能電池大小的加工區(qū)域可通過其相對應(yīng)的光學(xué)性來描述,且使得快速、靈活、溫度可控的太陽能電池的電連接得以實(shí)現(xiàn)。 kR0d]"dr
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~iSW^mi 太陽能電池的組裝或疊加是通過金屬絲連接實(shí)現(xiàn)的。在這里,長而易斷的金屬絲與其他設(shè)備被固定在同一個(gè)位置。如果太陽能電池通過薄片疊壓方式來實(shí)現(xiàn)焊接,那么激光焊接過程的引入便可以省去額外的設(shè)備。 9*+%Qt,{B
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ditzl(L 此類模型典型的層結(jié)構(gòu)是: E r6'Ig|U
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sd6Wmmo 乙烯醋酸乙烯酯(EVA)箔 (\ze T5
d"cfSH;h 鍍錫帶 0"~`U.k~M
\r2qH0B 太陽能電池 eJB !|
/6fPC;l 鍍錫帶 z#8d\X/
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Q}1&w% 透明泰德拉®薄膜 KMxP%dV/=
-,tYfQ;: 此類光伏模塊的前端面和后端面對于激光射線來說都是透明的,這樣才能順利地焊接前后層壓面。后一種方法也叫做層壓激光焊接(ILLS,見圖2)。位于Hameln的太陽能研究所(ISFH)表示,在此過程中該層壓薄膜不會遭破壞,該層壓薄膜也不可能是日后導(dǎo)致太陽能電池?fù)p壞的潛在因素。 1%YjY"j+
:tgTYIF 圖 2:ILLS方式下,太陽能電池的生產(chǎn) Zjz< Q-
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{+EPE2X=C 太陽能電池的連接是一般的印刷或氣相沉積,層結(jié)構(gòu)為典型的15μm的鋁(Al)層和1~3μm的銀層(Ag)組成。鍍錫帶的厚度約為50~150μm(見圖3)。 \# .@*?fk
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~*9' 圖 3:Al(5μm)/Ag(5μm)層太陽能電池在冶金工業(yè)的剖面圖 Mb6 #97
a]k&$ W?a2P6mAh
+!Ltn 激光功率和曝光時(shí)間參數(shù)相同的前提下,ISFH得出無鉛絲 (Sn96.5Ag3.5)和含鉛絲(Sn60Pb40)的可比結(jié)論。通過截面連接質(zhì)量顯示出其良好的沾粘性和接觸同質(zhì)性。 @Fp-6J
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LKZI@i) 良好接觸的評定標(biāo)準(zhǔn)是其剪力和接觸電阻。 w7H.&7rF
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:}z%N7T 金屬絲加工所需的最小剪力可達(dá)10N/cm。對于只有20~40J能量輸入的情況下,這一數(shù)值在激光焊接處理中是偏高的(相應(yīng)的功率密度大約為5x10³W/cm²)。最大可測剪力大約為30N/cm。當(dāng)高于200J的能量輸入時(shí),金屬絲會被燒壞。 qHGXs@*M&
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QUDVsN# 激光焊接面的接觸電阻只有約0.1mΩ/cm²,且只存在很小可能性會達(dá)到如傳統(tǒng)焊面那么大的接觸電阻。 >g%^hjJ
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