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BC電池每GWh節(jié)約3500萬元!盛雄激光200W綠光皮秒讓量產(chǎn)成本大幅下降

2024-02-22 我要評論(0 )   

盛雄激光最新推出的200W綠光皮秒激光器,或?qū)⒊蔀轭嵏睟C電池制造工藝的關(guān)鍵技術(shù)——大功率超快皮秒激光器對BC電池的開膜刻蝕更徹底,對后續(xù)清洗工藝要求更低、時間更短...

在光伏產(chǎn)業(yè)陷入寒冬之際,BC電池技術(shù)如同熊熊烈火點(diǎn)燃了晶硅電池技術(shù)紛爭的熱潮。日前,行業(yè)龍頭隆基綠能自主研發(fā)的背接觸晶硅異質(zhì)結(jié)太陽電池,利用全激光圖形化可量產(chǎn)制程工藝,成功獲得27.09%的電池轉(zhuǎn)換效率,刷新了單晶硅太陽能電池效率的世界紀(jì)錄,進(jìn)一步證明了BC電池技術(shù)的巨大潛力。


值得關(guān)注的是,盡管BC電池技術(shù)優(yōu)勢明顯,但熱制程鍍膜和激光開膜圖形化、后續(xù)清洗設(shè)備上的壁壘和高昂的設(shè)備投資成本仍是目前各大企業(yè)抉擇投入大規(guī)模量產(chǎn)的難題,而激光圖形化加工無疑是當(dāng)前BC技術(shù)破局最關(guān)鍵的工藝,國內(nèi)相應(yīng)的激光設(shè)備廠商技術(shù)研發(fā)破局的積極性也因此水漲船高。其中,筆者關(guān)注到盛雄激光最新推出的200W綠光皮秒激光器,或?qū)⒊蔀轭嵏睟C電池制造工藝的關(guān)鍵技術(shù)——大功率超快皮秒激光器對BC電池的開膜刻蝕更徹底,對后續(xù)清洗工藝要求更低、時間更短,對熱制程鍍膜工藝窗口參數(shù)更加包容。


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激光器技術(shù)

BC電池量產(chǎn)成本的勝負(fù)之源


極為復(fù)雜的工藝流程是制約BC電池技術(shù)實(shí)現(xiàn)大規(guī)模應(yīng)用的一大因素,而激光圖形化加工技術(shù)則被視為破解這一困局、推動BC技術(shù)發(fā)展的關(guān)鍵所在。由于BC電池需要進(jìn)行背面大面積圖形化刻蝕處理,使PN結(jié)和金屬接觸能形成一定的排列和形狀,這中間涉及三道極為重要的激光工序:P1、P2兩道大光斑開膜,P3一道小光斑刻蝕。


激光制造網(wǎng)

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圖片


這三道激光工序主要是利用激光在電池表面進(jìn)行精細(xì)的刻劃,形成特定的圖案或結(jié)構(gòu)。并且作為BC電池實(shí)現(xiàn)大規(guī)模量產(chǎn)的關(guān)鍵,也對激光設(shè)備提出了多項嚴(yán)格要求:


1、要求激光器能實(shí)現(xiàn)超短激光脈沖和兆瓦級超高峰值功率。脈沖時間越短,能量越集中,熱影響區(qū)越小,以此提高加工精度和分辨率,降低材料損傷。

2、確保光斑足夠均勻,不均勻的光斑會導(dǎo)致加工出的電池性能不一致,如光電轉(zhuǎn)換效率、填充因子等參數(shù)波動較大,降低了電池的穩(wěn)定性和壽命。

3、在生產(chǎn)過程中確保產(chǎn)品高精度、高性能之余,產(chǎn)能的提升也是降本關(guān)鍵。

因此,市場對能夠解決光斑小產(chǎn)能低、損傷限制提效等問題的單脈沖能量、高重頻皮秒激光器的需求應(yīng)運(yùn)而生。

作為國家工信部第一批專精特新小巨人企業(yè)的盛雄激光,在近期投下一顆重磅炸彈,以200W綠光皮秒激光器為矛直指BC電池技術(shù),真正意義上的實(shí)現(xiàn)了BC電池大面積圖形化高效且低成本量產(chǎn)。

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盛雄200W綠光皮秒激光

光斑均勻度接近理想狀態(tài)


對于BC技術(shù)而言,高精度的激光刻蝕可以確保電極、柵線等結(jié)構(gòu)的尺寸和位置精度,以提高電池的光電性能,其首要條件便是能實(shí)現(xiàn)均勻的光斑分布。


均勻度較高的光斑,可以減少材料損傷或后續(xù)處理步驟(如清洗、修復(fù)等)的需求和成本,提高電池壽命、可靠性。

從上圖我們可以看到,盛雄激光自研的200W綠光皮秒激光器在高重頻率加工狀態(tài)下,近乎接近理想狀態(tài),效果極好。

但據(jù)筆者了解,BC電池每GW產(chǎn)線2-3道激光工藝所需設(shè)備總值高達(dá)將近7000萬元,目前國內(nèi)裝載4臺納秒或皮秒綠光激光器的刻蝕設(shè)備最高產(chǎn)能只有4000pcs/h,P1、P2、P3三道工序每GWh需要10臺設(shè)備,也就是說如果使用100W以內(nèi)四頭納秒或皮秒綠光激光器設(shè)備進(jìn)行加工,4000pcs/h的產(chǎn)能意味著每GWh總產(chǎn)能是40000pcs/h,高昂的成本如同枷鎖無情地束縛著眾多光伏電池企業(yè)邁向BC技術(shù)路線,成為量產(chǎn)之路上難以逾越的阻礙。

而降本的關(guān)鍵在于每臺激光設(shè)備的每小時產(chǎn)能,每臺激光設(shè)備的產(chǎn)能又在于具備高單脈沖能量和高重復(fù)頻率的皮秒激光器。

因為在刻蝕 200-300 μm 線寬方形大光斑圖形時,如果單脈沖能量低于 300 μJ 時,單位平方微米的能量密度不夠,就去除不了膜層,常規(guī)激光器做大單脈沖能量都是靠降低激光器的重復(fù)頻率來實(shí)現(xiàn)。

目前市場上常見激光器大都在 300Khz、300μJ、100W左右的功率區(qū)間的綠光皮秒激光器。如若激光器頻率低了,掃描振鏡在移動光束加工刻蝕圖案時,如果想形成BC電池片復(fù)雜圖形無縫連接的線形圖案,必然會降低振鏡掃描速度,這樣加工產(chǎn)能效率就會降低。

因此,突破產(chǎn)能瓶頸就要在激光器功率上進(jìn)行提升,才能實(shí)現(xiàn)高單脈沖能量和高重復(fù)頻率的雙技術(shù)突破。誰掌握了高功率激光器核心技術(shù),誰就能在BC電池降本增效上發(fā)揮巨大的產(chǎn)業(yè)推動力。

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綠光皮秒激光器是通過紅外激光器二次倍頻而來,如果要實(shí)現(xiàn)綠光皮秒激光器功率提升的技術(shù)瓶頸突破,源頭在于要有穩(wěn)定性好的300W以上的大功率紅外皮秒激光器來作為倍頻光源,目前市面上僅有盛雄激光能生產(chǎn)出300W-500W工業(yè)級的大功率紅外皮秒激光器。

3

大力出奇跡

大單脈沖能量、高重復(fù)頻率實(shí)現(xiàn)產(chǎn)能翻番


盛雄激光200W綠光皮秒激光器
擺脫三大工藝參數(shù)限制

一直以來,光伏電池開膜激光刻蝕對激光器的光束質(zhì)量、指向性和DOE(光學(xué)衍射元件)匹配性都有嚴(yán)格的技術(shù)指標(biāo)要求,但盛雄200W綠光皮秒激光器對客戶的匹配適應(yīng)性有所提升,容差增大,主要原因在于功率的提升,減少了對這三大參數(shù)的要求。

激光刻蝕對光束質(zhì)量、

指向性、DOE匹配性的要求


光束質(zhì)量決定著刻蝕效果和加工分辨率,光束指向性決定著激光能量是否能準(zhǔn)確地聚焦到目標(biāo)區(qū)域。如果指向性不佳,會導(dǎo)致光斑均勻性變化,降低刻蝕效果和加工精度。因此,在激光刻蝕過程中,需要對光束指向性進(jìn)行控制和調(diào)整。在批量生產(chǎn)時,就需要人工不斷干預(yù),去調(diào)整光路,無疑大大提高了人力成本。

而DOE鏡片(光學(xué)衍射元件)在激光刻蝕中起到光束整形的作用,一旦DOE的匹配性不良,便會導(dǎo)致光斑形狀失真、能量分布不均勻等問題。因此,在選擇DOE時,需要選擇與激光器光束匹配的型號,并進(jìn)行必要的校準(zhǔn)。


盛雄200W綠光皮秒激光

擺脫三大參數(shù)限制


即便光斑質(zhì)量差、指向性不佳,DOE匹配度不高,盛雄的200W綠光皮秒激光器仍然能夠穩(wěn)定運(yùn)行,對單個光斑和指向性沒有嚴(yán)格要求,對DOE的匹配性也不強(qiáng)求,對此盛雄激光也做出了分析。

用同一200W綠光皮秒激光器對某些BC電池加工,在與不同狀態(tài)的DOE配合下,單光斑效果不論優(yōu)劣,在高重頻加工下,效果近乎一致,均為優(yōu)良。這使得規(guī)?;€(wěn)定量產(chǎn)變得更加容易實(shí)現(xiàn),單位平方微米需要足夠強(qiáng)的能量才能有效地去除材料,隨著頻率的增加和平均功率的提升,加工效果更為干凈徹底。


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200w綠光皮秒激光器對DOE狀態(tài)要求對比圖


在實(shí)際加工過程中,早期市面上推出的60W納秒綠光激光器受限于頻率不高,其加工速度僅能達(dá)到30000mm/s左右,隨后市面上又推出了100W綠光皮秒激光器,即便功率和頻率均有所提升,但最終的加工效率也僅僅略高于60W納秒綠光激光器。而盛雄激光的200W綠光皮秒激光器在滿足較大單脈沖能量的同時,具備較高的頻率,掃描速度可達(dá)70000mm/s,同時還有足夠的功率余量。這種跨越式的效率提升,才能真正意義上推動BC電池進(jìn)入大規(guī)模量產(chǎn)的時代。


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綜合以上幾項數(shù)據(jù)表明,盛雄200W綠光皮秒激光器有著兩大優(yōu)點(diǎn):

1、高功率(200W):有效提高加工效率。

2、高重頻:相對減小對于單光斑均勻性的要求,擴(kuò)大工藝參數(shù)區(qū)間,提高量產(chǎn)穩(wěn)定性。

兼容所有PREC電池激光設(shè)備改造升級,

實(shí)現(xiàn)高效穩(wěn)定運(yùn)行


盛雄激光推出的200W綠光皮秒激光器有著極高的匹配性。此前,激光器能夠穩(wěn)定地與這臺設(shè)備搭配使用,但更換另一臺設(shè)備后,激光器的運(yùn)行穩(wěn)定性卻無法保證。而現(xiàn)在200W綠光皮秒激光器出來以后,對于設(shè)備的兼容性極高,基本上只需要更換激光器保留原設(shè)備仍然能維持穩(wěn)定運(yùn)行,還能實(shí)現(xiàn)效率翻番,對于企業(yè)來說,這無疑是降本增效的利器。

此外,盛雄激光200W綠光皮秒激光器也可以通用于原客戶已購買的PREC電池激光開膜和SE摻雜設(shè)備進(jìn)行升級改造,可以實(shí)現(xiàn)新BC電池P1、P2、P3激光開膜,讓企業(yè)原來的固定資產(chǎn)投資可以繼續(xù)變現(xiàn),為企業(yè)減少投資,提高資產(chǎn)綜合利用率。


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200W綠光皮秒高效助推

BC電池量產(chǎn)成本大幅下降


雙頭堪比四頭產(chǎn)能,

BC電池每GWh節(jié)約3500萬元!


據(jù)了解,目前國內(nèi)裝載4臺納秒激光器的刻蝕設(shè)備產(chǎn)能大概有4000pcs/h,現(xiàn)階段眾多光伏電池企業(yè)所用設(shè)備搭載的激光器多為進(jìn)口100W綠光皮秒激光器,雙線四頭激光器設(shè)備的產(chǎn)能大概有4000~4200pcs/h。而裝載盛雄200W綠光皮秒激光器的雙線四頭刻蝕設(shè)備產(chǎn)能有8800pcs/h,相比之下提升了50%,可以說有著質(zhì)的飛躍。


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前文有提到,每GWh需要10臺設(shè)備,如果使用四頭納秒綠光激光器設(shè)備進(jìn)行加工,4000pcs/h的產(chǎn)能意味著每GWh總產(chǎn)能是40000pcs/h。當(dāng)使用雙線四頭200W綠光皮秒激光設(shè)備時,8000pcs/h的產(chǎn)能要完成40000pcs/h的任務(wù),僅需5臺設(shè)備即可,以每GWh需要7000萬投資而言,現(xiàn)在成本能節(jié)約近3500萬,肉眼可見地為企業(yè)最大程度降低了加工成本。


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展 望

超快激光器的未來


目前看來,在BC電池技術(shù)領(lǐng)域,200W綠光皮秒激光的解決方案將會逐步成為市場主流,經(jīng)市場驗證后將高效助力光伏企業(yè)BC電池實(shí)現(xiàn)大面積圖形化量產(chǎn)。同時,200W綠光皮秒激光不僅幫助BC電池技術(shù)實(shí)現(xiàn)突破,在鈣鈦礦產(chǎn)業(yè)中也大有可為,未來或?qū)⑼苿逾}鈦礦電池進(jìn)一步突破效率瓶頸,引領(lǐng)光伏行業(yè)革新。


近年來,盛雄激光作為工業(yè)超快激光器領(lǐng)域的技術(shù)領(lǐng)導(dǎo)者,其皮秒激光器的功率區(qū)間包含:


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盛雄激光獨(dú)占國內(nèi)市場鰲頭,現(xiàn)已全部實(shí)現(xiàn)進(jìn)口替代,在高功率激光器上實(shí)現(xiàn)技術(shù)超越,年產(chǎn)量更是高達(dá)1000臺。經(jīng)過近兩年的設(shè)備開發(fā)及與重點(diǎn)客戶的工藝合作試用,在光伏電池和鋰電電池兩大領(lǐng)域?qū)耀@突破,為兩大行業(yè)不斷帶來創(chuàng)新價值。盛雄激光對外開放單獨(dú)銷售激光器及激光加工工藝技術(shù)輸出與合作,竭誠歡迎行業(yè)內(nèi)專業(yè)自動化設(shè)備廠商及激光設(shè)備廠商垂臨合作。相信在盛雄激光的引領(lǐng)下,工業(yè)超快激光器將持續(xù)突破,為終端用戶帶來更多的驚喜與收獲。



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盛雄激光,200W綠光皮秒激光器,BC電池開膜刻蝕
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