12月6日-7日，德國LPKF樂(le) 普科成功亮相蘇州鈣鈦礦太陽能電池學術與(yu) 產(chan) 業(ye) 化論壇。李愛國先生就如何減小鈣鈦礦薄膜太陽能電池激光劃線死區作了精彩演講。鈣鈦礦薄膜太陽能電池作為(wei) 薄膜電池的一種，其製程與(yu) 其他薄膜電池技術如銅銦镓硒，碲化鎘有很多相同之處，都有三道激光劃線工藝P1、P2、P3；並且，這三道劃線工藝要實現的功能也是一樣的，因此樂(le) 普科在碲化鎘和銅銦镓硒薄膜太陽能領域積累的激光劃線技術與(yu) 經驗完全可應用到鈣鈦礦薄膜電池上。

德國樂(le) 普科太陽能設備有限公司，位於(yu) 德國圖林根州蘇爾市，自2006年成立以來，一直專(zhuan) 注於(yu) 為(wei) 薄膜太陽能電池行業(ye) 研製激光劃線係統，是全球薄膜太陽能激光劃線領域的技術與(yu) 市場領導者。目前市場占有率超過90%，已為(wei) 全球薄膜光伏客戶提供了250餘(yu) 台激光劃線係統，當前在運行設備總產(chan) 能超過12GW。

激光劃線工藝是將薄膜模組分割成一個(ge) 個(ge) 相互串聯的寬約4mm-12mm的子電池。每節子電池中都有一條P1線，一條P2線和一條P3線。P1線最外側(ce) 到P3線最外側(ce) 這個(ge) 區域是不能發電的，俗稱死區。死區越大，子電池將光能轉化為(wei) 電能的效率就越低。因此，衡量薄膜太陽能激光劃線工藝最重要的技術指標就是如何將死區做到最小。子電池寬度是設定好的，死區越小，有效發電麵積就越大，將太陽能轉化成電能的效率就越高。

以1.0米x 2.0米，子電池寬度為(wei) 5毫米的薄膜太陽能模組為(wei) 例，當死區由250微米降到130微米時，假設有效麵積轉化效率為(wei) 18%，每塊模組輸出功率可增加8.47瓦，等於(yu) 每塊模組多賣17塊人民幣。以GW級產(chan) 線計算，因降低死區而帶來的額外收益是非常巨大的。

基於(yu) 死區對薄膜太陽能模組性能的重大影響，德國LPKF樂(le) 普科研發團隊從(cong) 多個(ge) 方麵出發，研發了一係列獨特的技術設計，一步一步的降低了死區。

德國LPKF樂(le) 普科激光係統的設計理念非常特別。劃線時，玻璃基板是靜止不動的，結構緊湊的激光工作模塊在龍門架上來回高速運動實現劃線。激光工作模塊是劃線設備的心髒，安裝了12套光路係統，通過樂(le) 普科特有的分光技術，將一個(ge) 激光源分成12路光束，每個(ge) 光束之間距離就是電池寬度。開始劃線時，激光工作頭從(cong) 左端運動到右端，就刻劃出12條電池線，然後驅動係統夾持玻璃基板往前步進12個(ge) 電池寬度，然後激光工作模塊再由右端運動到左端，又刻劃出12條電池線，如此往返運動，直至完成整個(ge) 基板的刻劃。

驅動係統為(wei) 五軸結構。一個(ge) 劃線軸，驅動激光工作模塊沿X方向運動；一個(ge) 吸塵軸，驅動吸塵裝置也沿X軸運動，並與(yu) 激光工作模塊同步運動，吸走刻劃時產(chan) 生的粉塵。兩(liang) 個(ge) 驅動軸，驅動玻璃沿Y方向運動；一個(ge) 聚焦軸，驅動激光聚焦裝置沿Z軸運動，實現自動對焦。

劃線時，激光工作模塊沿X軸由左測運動至右側(ce) ，劃出12條電池線，激光工作模塊停止不動，兩(liang) 個(ge) 驅動軸夾持玻璃基板向前步進12個(ge) 電池寬度，然後玻璃基板停止不動，激光工作模組再由右側(ce) 運動到左側(ce) ，又劃出12條電池線。如此反複，激光工作模塊隻需往返運動16次便可劃出192條電池線。

樂(le) 普科這種獨特的設計理念使得劃線精度非常高，小於(yu) +/-10um，直線度誤差小於(yu) +/-3um/m。劃線精度與(yu) 直線度尤其對P1工藝至關(guan) 重要，因為(wei) P1線是主線，後麵的P2線與(yu) P3線都是參照P1線來刻劃的。P1線定位精度不高，或者直線度偏差過大，P2和P3就會(hui) 跟著走偏，直接導致了死區偏大。

目前業(ye) 內(nei) 傳(chuan) 統的設計理念或與(yu) 樂(le) 普科有所不同。比如，其激光頭直接安裝在龍門架上（X軸），劃線時，激光頭不動，兩(liang) 個(ge) Y軸夾持玻璃基板往返高速運動，實現劃線。該種設計理念可能存在如下不足：

1. 現在的薄膜模組結構在往大而薄發展，如第一太陽能最早的S4模組尺寸為(wei) 1.2米x 0.6米，最新的S7模組尺寸為(wei) 1.2米x 2.3米。玻璃雖然是剛體(ti) ，但是如此大麵積，高速往返運動，肯定要顫動，一顫動就會(hui) 影響刻劃精度與(yu) 直線度，電池線走偏，可能會(hui) 導致死區偏大。

2. 激光頭均勻排布在龍門架上，如8個(ge) 激光頭，就將要刻劃的模組分成8個(ge) 區，每個(ge) 激光工作模塊負責一個(ge) 區，填空般將八個(ge) 區一一填滿。玻璃基板每高速運動一次，劃出8條線，但這8條電池線是孤立的，相互沒有關(guan) 聯的。而在樂(le) 普科的設計理念中，12路光束整合在一個(ge) 激光工作模塊內(nei) ，一次劃出12條電池線，就直接構成了12個(ge) 相鄰的子電池，劃線精度更可控，死區控製也更直接高效。

通過以上描述，我們(men) 可以得知樂(le) 普科這種劃線時玻璃靜止不動，激光工作模塊移動的設計理念能夠最大程度提高劃線精度與(yu) 直線度，減少死區麵積。

P1線是基準線，後續P2和P3刻劃都是以P1線為(wei) 基準，P1線的定位精度與(yu) 直線度直接決(jue) 定了後續P2/P3線的定位精度與(yu) 直線度。樂(le) 普科P1采用了獨特的設計理念，定位精度與(yu) 直線度都有保障。但是，刻完P1線以後，需要經過退火烘幹工藝後，才進入P2/P3工藝環節，大幅麵的玻璃基板受熱然後冷卻，基板變形，P1線就會(hui) 出現扭曲現象。（劃線精度都是以微米計算的，如P1線的定位精度+/-10um，而一張紙的厚度就有70微米，所以微觀下的P1線扭曲，肉眼是無法看出來的）。

常規情況下，P1線扭曲了，為(wei) 避免P2線與(yu) P1線交叉，就需要把P2線與(yu) P1線的距離拉大，確保安全，但這樣做就增大了死區麵積。為(wei) 此，樂(le) 普科研發工程師開發了在線實時追蹤係統，實時追蹤P1線的走向，根據P1線的走勢刻劃P2，從(cong) 而在確保安全（P1線與(yu) P2線不會(hui) 交叉）的條件下，P1線與(yu) P2線間距最小，從(cong) 而減少死區。該功能是通過一套視覺檢測與(yu) 高速運算係統來實現的。刻劃P2/P3時隔一段時間探測P1線的實際位置，反饋給係統，經高速運算後，決(jue) 定P2/P3線的刻劃走向（光斑的落點坐標）。

我們(men) 知道，死區的計算公式如下：

P1線寬+P2線寬+P3線寬+P1線邊緣到P2線邊緣距離+P2線邊緣到P3線邊緣距離

在實際生產(chan) 中，如果工藝穩定了，線寬也就固定了，一般不會(hui) 變動，這個(ge) 時候死區大小就取決(jue) 了兩(liang) 個(ge) 線間距了。在線實時動態跟蹤係統係也是為(wei) 了最大程度上降低P1與(yu) P2以及P2與(yu) P3之間的線間距，從(cong) 而使死區最小。但是，鈣鈦礦薄膜太陽能製程眾(zhong) 多，很多因素都會(hui) 影響到劃線工藝，一些突發因素可能會(hui) 破壞劃線工藝的穩定性，在線間距較小的情況下，P1線與(yu) P2線以及P2線與(yu) P3線可能會(hui) 交叉，造成產(chan) 品質量問題。為(wei) 防止這種情形的發生，樂(le) 普科又開發了在線死區監控係統，刻劃P2時，實時監控P1到P2的距離，刻劃P3時，實時監控P2到P3的距離。

用戶在生產(chan) 時，先在係統中給P1-P2線間距以及P2-P3的線間距設定一個(ge) 想要達到的值，然後給該值設定一個(ge) 上限和一個(ge) 下限。刻劃時，在線死區監控係統在線實時檢測所有P1-P2以及P2-P3的間距。當實際值低於(yu) 設定下限時，有交叉的風險，係統報警；當實際值高於(yu) 設定上限時，死區會(hui) 變大，係統也報警。當報警出現時，工藝人員就需要分析何種情況導致線間距偏小或偏大，然後調整相關(guan) 工藝，使得線間距穩定，從(cong) 而在避免交叉的情況下，死區最小化。

德國LPKF樂(le) 普科，作為(wei) 全球薄膜太陽能劃線領域的技術和市場領先者，將全力服務中國鈣鈦礦客戶，向中國鈣鈦礦客戶提供最新的劃線技術，為(wei) 中國鈣鈦礦太陽能的蓬勃發展助一臂之力！