非晶硅薄膜太阳能池激光自动刻划系统方案研究与设计

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1、非晶硅薄膜太阳能电池激光自动刻划系统方案研究与设计深圳市大族激光科技股份有限公司太阳能产品部吴志宏2008年5月10日第8页共8页目录一、引言3二、非晶硅薄膜电池的生产工艺流程和激光刻划工艺简述3三、系统需要解决的难点与要点5四、方案概述5五、系统优点7六、系统工作原理及功能7七、总结8第8页共8页引言随着现代工业的高速发展，技术快速的更新换代以及对能源的需求，现在能源结构正在发生着根本性的变革，传统的能源：煤炭、石油、天然气使用量将在2020年—2040年到达高峰，而在2050年后将会逐渐枯竭，替代能源，可再生能源（主要是太阳能）从2000年开始迅猛发展，到20

2、50年使用量将达到高峰。传统太阳能电池是使用单晶硅或多晶硅薄片，其硅用料较多，浪费严重，硅元素提纯工艺复杂且成本太高。非晶硅薄膜太阳能电池使用硅元素量很少所以无原料瓶颈，成本低，且工艺成熟，所以发展很快，成为目前薄膜太阳能电池最成熟的产品。开发非晶硅太阳能薄膜电池的相关生产设备具有非常好的市场前景，必将会带来巨大的经济效益。随着高科技的迅猛发展，企业员工工资水平和生产原材料成本日益提高，越来越多的公司会青睐全自动化的设备，从而可以减少工人的人工成本，可以追求更高的利润。目前，在国内还没有一家研究机构或企业开发出一条完整的非晶硅太阳能薄膜电池的自动化生产线（也就是所

3、谓的金钥匙工程），基本上被国外少数几家公司（美国应用材料公司、欧瑞康等）所垄断，当然这些公司也不是什么都是自己来开发并生产的，都只是专注于其中的一个生产环节的生产相应设备，其他的都是从其它设备供应商外购过来整体配线。在非晶硅薄膜太阳能电池的生产环节中，激光刻划三道镀膜是重要环节之一。因此开发适合非晶硅太阳能薄膜电池产线的激光自动刻划系统同样是有非常大的市场前景和经济效益。一、非晶硅薄膜电池的生产工艺流程和激光刻划工艺简述非晶硅薄膜太阳能电池在基板（玻璃）上共有三层：前电极(SnO2透明导电膜层)、非晶硅（a-Si太阳能吸收层）和后电极（铝膜层）。非晶硅薄膜太阳能电

4、池生产工艺流程（如图1）：图1第8页共8页非晶硅薄膜太阳能电池的激光刻划是根据这种非晶硅薄膜太阳能电池的制作工艺过程，分别在不同的工艺时段选用不同波长（透明导电膜层用1064nm波长，a-Si太阳能吸收层和铝膜层都用532nm波长）的激光设备进行刻划，非晶硅薄膜太阳能电池共有三层，所以需要进行三次刻划才能完成整个制作过程。非晶硅薄膜太阳能电池截面示意图如2。图2按刻划非晶硅薄膜电池的工艺要求，刻划非晶硅电池薄膜，要求精确重复定位的机床、能量均匀的激光器，刻划线宽L1、L2、L3要细，且刻线直线性好、光滑清晰，刻线膜层两侧无粘连短路，为了使单片电池板上能发出较高的功

5、率，L的距离需要尽可能的短，刻划总宽度要求小于0.4mm，如图3。图3在现有技术中，使用传统的机械的方法或化学溶剂蚀刻很难实现这样的工艺要求，且化学溶剂蚀刻方式要增加污水处理设备，占用厂房面积大，成本高，对环境造成污染，不利环保。第8页共8页一、系统需要解决的难点与要点系统要解决的刻划工艺和效果要点：（1）刻划总宽度要控制在0.4mm以内，目的是提高电池的有效面积，从而提高电池发电功率，也就是创造更多的效益。（2）三条刻线直线性好且不能相交。（3）刻线要光滑，刻线膜层两侧无粘连短路。（4）刻划第一层（导电膜层）时，不能伤玻璃载体，刻划第二层（a-Si太阳能吸收层）

6、和第三层（铝膜层）时，均不能伤导电膜层。系统要解决的结构难点：（1）能够实现自动进料，自动装夹，自动送料。（2）刻线不能与送料皮带或者滚轮相接处，否则刻线会沾上灰尘造成刻线短路，而电池板只能放在送料装置上面输送，所以电池的镀膜面只能朝上，而又由于激光刻划工艺要求穿透玻璃刻划，所以激光切割头要倒置在电池下面，这种结构可以说是一个挑战，史无前例的，结构上实现有困难的。（3）因为要求效率高，行业内的刻划速度都在1m/s以上，如果切割头是高速运动必然会引起光路的不稳定，只能让电池高速运动。（4）目前丝杆传动是很难做到1m/s以上的速度，必须用线性电机来驱动。（5）切割头为

7、倒立式的，这就要求工装和直线电机必须在切割头上面。（6）为了提高工作效率，又考虑到光路结构不能太复杂，采用一台激光器分两束光，分光均匀是难点。二、方案概述该非晶硅薄膜太阳能电池激光自动刻划系统是利用已掌握的激光、电控、机械、激光加工技术，拟研制的一款专门用于非晶硅薄膜太阳能电池全自动刻划的精密设备，其包括X轴运动系统、X轴机座、Y轴运动系统、Y轴机座、工装、立柱、光路系统、进料组件及出料组件，X轴运动系统安装在X轴机座上,光路系统安装在X轴运动系统上，包括左切割头、右切割头、左CCD定位系统和右CCD定位系统以一间距平行固定在X轴基座上,Y轴机座通过安装于X轴机座

8、的立柱平行