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行业趋势 | 新款激光带给CIGS薄膜太阳能划线领域的重大意义是什么?

28/Dec/2018
盘点2017年太阳能光伏产业技术突破中,中国建材集团所属的凯盛集团旗下的德国Avancis公司,生产出铜铟镓硒薄膜太阳能全尺寸冠军组件,有效面积光电转换率达16.4%,创造了工业化生产太阳能电池组件的世界纪录。这一纪录的突破,标志着凯盛集团掌握了世界一流铜铟镓硒自主核心技术,具备了技术市场双引领的能力,为产品进军全球市场、跻身国际一流奠定了坚实基础。
 
在光伏太阳能领域,一向有晶硅和薄膜两条路线。尽管晶硅是国内绝大部分光伏企业所采用的技术,但薄膜一直被看作属于未来的能源,因其轻薄、可弯曲的特点,可以被应用于更多领域。对于薄膜产品而言,最大的问题就是转换率依然低于大部分晶硅产品。自1976年铜铟镓硒光伏发电技术诞生以来,人们就在研究如何改善划线工艺,让铜铟镓硒电池转换效率更高。

CIGS薄膜模组制程
相对于晶硅模组复杂的制程,CIGS薄膜模组制程就比较简单。首先使用磁控溅射机在沉底材料上如玻璃,塑料,不锈钢等镀一层2微米厚的铜铟镓硒层,俗称黄铜矿。铜铟镓硒层也叫吸收转换层,负责吸收太阳光,并将光子转化成电子空穴对,通过前后电极引出,形成电流。接下来就是制作缓冲层,一般采用化学浴(Chemical Bath Deposition)在铜铟镓硒层制备一层硫化镉。该层起到缓冲保护作用,防止溅射窗口层时,溅射离子对吸收层的损伤,同时降低窗口层与吸收层的异质结界面失配。最后用磁控溅射机在缓冲层上制备窗口层,前电极及减反层。

工业生产中,当制作大尺寸CIGS太阳能模组时,需要在薄膜材料沉积过程中进行三道划线工艺,以完成各子电池的界定、分割和内联。这三道划线工艺也被叫做P1、P2、P3。划线技术是一道非常关键的工艺,不但决定了光伏电池模组的性能,还直接决定了光伏电池模组的转化效率。

铜铟镓硒P1工艺是除掉不透光的背电极钼层,根据其光谱吸收曲线,纳秒红外激光脉冲是一个较好的选择,利用红外脉冲的热效应,将膜层处除去。但成也萧何败也萧何,纳秒红外脉冲热效应也带来一系列不良后果。
  1. 工艺窗口太窄,有时调整镀膜工艺来适应划线工艺,影响了模组的其他性能。
  2. 存在毛刺(重铸层)或表面残留碎屑,可能会导致短路。
  3. 绝缘电阻不够高,存在漏电流的可能性。
  4. 线宽大,导致死区偏大,影响了模组的转化效率。
  5. 膜层内部会产生裂纹,模组的正常使用寿命会受到影响。









德国LPKF作为全球最大的薄膜太阳能划线设备供应商,一直致力于开发CIGS划线最佳解决方案。通过多年的摸索与努力,新近研发的激光器在P1工艺中取得了非常好的效果。








而对于P2/P3工艺,因为CIGS膜层高达2微米的厚度,纳秒激光就如狗咬刺猬,无从下口了。这个时候,人们不得不采用机械的方式,利用铜铟镓硒与钼的硬度差,从膜面将硬度低的铜铟镓硒层划掉,而保留硬度较高的钼层。机械刻划方式简单直接,但也产生了一系列问题,如刻划速度慢,崩边现象严重,线宽大,存在残余应力和裂纹。还有一点,机械针直接与较硬的钼层摩擦,磨损严重,每隔几天就需要更换一批机械针,导致了机械刻划运营成本高,工作效率低。
机械划线P2实例图片
机械划线P3实例图片









而新款激光器以剥脱材料外层电子,达到对材料“电子态”去除效果。因为是非接触式工艺,所以没有崩边现象,也没有裂纹和残余应力,划线质量完全满足CIGS模组生产的工艺要求。








对于CIGS薄膜太阳能划线工艺,采用新款激光,大大改善了划线质量。铜铟镓硒薄膜太阳能作为一种非常有前景的可再生能源,要想取得大规模应用,被能源使用市场接纳,必须要千方百计让发电成本跟传统石化能源接近直至更低。德国LPKF太阳能设备有限公司,十几年来一直致力于薄膜太阳能划线设备研发和制造。我们完全有理由相信,激光划线新工艺的引入,将显著提升铜铟镓硒薄膜太阳能的竞争力,为铜铟镓硒薄膜太阳能在与其他形式能源的竞争中助一臂之力!

 
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