粗看太陽能產(chan) 業(ye) 的設備供應與(yu) 已成熟的微電子和顯示產(chan) 業(ye) 相似。然而，太陽能產(chan) 業(ye) 的快速成長和不斷動態變化向所有企圖在太陽能產(chan) 業(ye) 的供應鏈中站穩腳跟的設備供應商們(men) 呈現出一係列新的挑戰。大量電池和麵板製造商湧入這個(ge) 行業(ye) ，進一步加劇了問題的複雜性，已有的半導體(ti) 設備供應商對這些新入行的製造商並不熟悉。

盡管許多太陽能終端用戶使用激光工具已有一段時間，激光工具的有關(guan) 工藝對於(yu) 太陽能產(chan) 業(ye) 是特定的，擁有一套非常不同的工藝參數。我們(men) 在本文中回顧已有的和新出現的激光應用，並討論激光加工(laser oem)將怎樣以及為(wei) 何在太陽能技術路線中起到越來越重要的推動作用。我們(men) 還特別研究那些目前從(cong) 事或即將進入設備供應鏈的供應商們(men) 所麵臨(lin) 的新挑戰。

　　由於(yu) 多種太陽能電池技術在相互爭(zheng) 奪市場份額，人們(men) 研究各種方案降低最終模塊對消費者的每瓦特成本（$/W），因此取決(jue) 於(yu) 所研究的終端使用物的類型不同（晶體(ti) 矽或薄膜），設備供應商們(men) 可能麵臨(lin) 著非常不同的需求。但是，我們(men) 可以泛泛地將這些產(chan) 品分成一些普通種類（圖1）。一般終端使用物專(zhuan) 用的設備由這些類別的子集來驅動，受到特定的電池技術及其成本縮減技術藍圖的綜合作用。

高效概念

　　提高太陽能電池和麵板的效率幾乎是全球每位太陽能廠商最急於(yu) 實現的願望。大多數已提出的技術藍圖清晰指出，5年後晶體(ti) 矽（c-Si）太陽能電池的效率將增長3-5%，平均值將達到16-20%。對於(yu) 薄膜太陽能麵板，總體(ti) 效率較低，但也有望獲得相應提高。比如，從(cong) 單結非晶矽（a-Si）結構向串聯結a-Si/mc-Si（微非晶）結構轉化，通過提高光譜吸收率可將電池效率約提升4%，麵板總體(ti) 效率將提升至10%1。

　　現在c-Si電池產(chan) 商追求高效電池概念最積極，這是他們(men) 在現有產(chan) 品線及產(chan) 能擴張方案中需要反複提高的部分。激光技術將在新型上表麵和背麵加工階段起重要作用。比如，在金屬環繞穿通（MWT）器件中，較薄的金屬接觸“手指”被移到背麵。在發射極環繞穿通（EWT）器件中，傳(chuan) 遞功率的母線也被轉移至背麵，使得上表麵完全沒有金屬。通過鑽微型通孔，將上表麵與(yu) 下表麵接觸連接起來，就可以實現這一點。利用WMT，每塊矽片需要鑽約200個(ge) 通孔。而EWT要求每塊矽片上有高達2萬(wan) 個(ge) 這種通孔。激光鑽孔是唯一可能滿足商業(ye) 規模速度的工藝。同時激光器還可用於(yu) 形成新型結構，如激光燒製接觸（LFC），這種結構對於(yu) 支持某些先進的薄矽片產(chan) 品是必須的。

　　為(wei) 完全滿足這些不同工藝，設備供應商們(men) 應集成平均功率大（高達數十瓦特）的激光器，可選擇輸出紅外光（IR）、可見光或紫外（UV）光，擁有納秒或皮秒脈衝(chong) 性質以及優(you) 異的光束性質，M2參數約為(wei) 1.1（M2約等於(yu) 1.0代表理論上可完全聚焦的激光束）。

　　“綠色”設備

　　當前太陽能生產(chan) 線的設備供應包括各種各樣的競爭(zheng) 方案，部分方案利用有毒化學物質，製造有毒廢物。如現在工廠廣泛應用絲(si) 網印刷和濕法刻蝕，它們(men) 利用現有適用於(yu) 太陽能生產(chan) 的成套生產(chan) 線設備。不過太陽能是一種替代能源和“可再生”的能源類型，碳排放量幾乎為(wei) 零，因此隻要可能，就有采用綠色生產(chan) 設備的強烈動力。

　　利用DPSS激光進行邊緣隔離不僅(jin) 更加環保，還提高了成品率和器件效率。特別由於(yu) 晶體(ti) 矽在這些較短的波長處可以吸收更多光，電流產(chan) 生係統現在更加依賴工作在可見光（532 nm）或紫外（355 nm）波段的DPSS激光器4。矽對355 nm光波的吸收量比對紅外（1064 nm）光波的吸收量大四到五個(ge) 數量級，因此利用#p#分頁標題#e#Q-轉換UV DPSS激光器（圖3）可以實現高度本地化的上表麵刻蝕。除射入深度較淺外，紫外波長還可以在較低的溫度下獲得較窄的溝槽，對外圍溫度損傷(shang) 如微裂紋盡可能少，微裂紋可能會(hui) 大大影響成品率。這就使溝槽能置於(yu) 距離器件邊緣較近的地方，減少“死”區，從(cong) 而使電池的效率最大化。

　　擁有成本

　　太陽能電池和麵板的製造成本是永恒的話題，因為(wei) 它對傳(chuan) 遞至最終的太陽能裝置的成本$/W有很大影響。人們(men) 通常通過降低原材料成本或通過采用具有最低資本支出和運行成本的生產(chan) 線設備，來降低成本。

　　DPSS激光器提供了一種理想的解決(jue) 方案，主要是由於(yu) 這種激光器的運行成本很低。此外，太陽能產(chan) 業(ye) 還可立即從(cong) 已在半導體(ti) 生產(chan) 線中大規模采用的實業(ye) 驗證激光器設計上獲益。這些繼承應用為(wei) 正常運行時間、備用部件的可得性和現場服務相應樹立了目標水平。比如，有種在紫外波段工作的高功率激光器擁有數十瓦的輸出，當以全功率工作時，五年內(nei) 每周工作七天，每天24小時時，這種激光器的全負載運行成本通常為(wei) 3-5美元/小時。

　　成品率

　　盡管太陽能電池生產(chan) 僅(jin) 需較低的技術和較少的工藝步驟，由於(yu) 多方麵原因，電池成品率還是落後於(yu) 半導體(ti) 的生產(chan) 水平。其中包括由於(yu) 在大批量生產(chan) 環境中安裝和優(you) 化新型精密設備工具帶來的問題，以及來自保持合理的正常運行時間、無故障運行的挑戰。因此以往在太陽能產(chan) 業(ye) ，成品率優(you) 化對於(yu) 較長的設備交貨期和由此導致的倉(cang) 促安裝設備及生產(chan) 太陽能電池來滿足市場需要等問題，起著第二位的作用。底線是：在太陽能行業(ye) 成品率水平低於(yu) 90%並非不同尋常，頂尖的供應商們(men) 現在開始公布成品率水平大於(yu) 95%。但是很明顯，光伏（PV）製造工藝並未進步到半導體(ti) 生產(chan) 要求達到的成品率水平。

　　還有一個(ge) 方麵會(hui) 影響成品率，在未來3至5年生產(chan) 設備的選擇轉向加工更薄和更大的矽片。矽片厚度很快就會(hui) 低於(yu) 200 μm，矽片的機械性能要比以往任何時候都要脆弱。簡單來說，這些易碎矽片所采用的接觸技術將承受著近一步降低成品率水平的風險。因此，激光加工(laser oem)的非接觸性質提供了極大的內(nei) 在優(you) 勢，它對於(yu) 減少矽片的破損率和微裂紋都有好處，微裂紋是目前導致獲得不合格產(chan) 品的主要問題之一。

　　產(chan) 率

　　過去PV產(chan) 業(ye) 中製造成本的縮減是靠提高工廠的產(chan) 率，從(cong) 而通過經濟規模降低成本，這與(yu) 微電子產(chan) 業(ye) 中觀察到的現象相似。過去十年來，每次全球製造產(chan) 量加倍，就會(hui) 實現模塊成本減少20%。從(cong) 這方麵講，今天一個(ge) 高性能的c-Si電池生產(chan) 線可以擁有超過30 

00 wph的小時產(chan) 量。工廠一般擁有幾條平行生產(chan) 線，全年度總產(chan) 能高達數百兆瓦，且會(hui) 很快突破劃時代的吉瓦級工廠規模。成本預計會(hui) 隨著薄膜麵板的麵積從(cong) Gen 5增大到Gen 8甚至更大，出現類似的降低。

對於(yu) 激光工藝設備供應商而言，這意味著什麽(me) ？許多c-Si激光工藝，生產(chan) 線的產(chan) 出規模幾乎直接與(yu) 激光平均功率水平一致。因此，此處重要的推動力是由脈衝(chong) DPSS激光器提高平均功率水平，同時保持決(jue) 定工藝產(chan) 率和操作成本的特征。這包括光束的質量、產(chan) 品的壽命和脈衝(chong) 之間的穩定水平。圖4顯示出Q-開關(guan) 355和532nmDPSS激光器的功率是如何獲得提高，與(yu) 不斷增加的產(chan) 率需求保持同步。

對於(yu) 薄膜麵板的生產(chan) ，DPSS激光器一般用於(yu) 形成分立電池隔離和互連線的剝離，它在麵板生產(chan) 階段，在每一層沉積的薄膜上都刻蝕多達數百條薄線條。這種刻蝕工藝通常用P1、P2、P3指代，統稱為(wei) 激光圖形結構（圖5）。此處不能僅(jin) 僅(jin) 通過提高平均激光功率就能實現產(chan) 能產(chan) 率的增加，而是它們(men) 也需要具備在不同材料的薄層上高度均勻刻蝕、掃掠大型麵板的功能6。

　　光學掃描技術的速度有限，意味著必須同時使用多個(ge) 激光束，因此平均功率要求是適中的。更關(guan) 鍵的要求是脈衝(chong) 重複頻率（PRF）。對大麵板的目標掃描速率為(wei) 2 米/秒時，PRF必須非常高（高達100 kHz甚至更高）才能獲得想要的貝殼狀輪廓（圖6），同時保持關(guan) 鍵特征，如較短的脈衝(chong) 寬度和優(you) 異的脈衝(chong) 之間的重複性。

設備兼容性、開發時間太陽能電池和麵板終端用戶們(men) 現在擁有購買(mai) 選擇，既可以購買(mai) 來自全球部分供應商的完整生產(chan) 線，也可以購買(mai) 配置不同線內(nei) 工具組成一條完整生產(chan) 線，這種生產(chan) 線可以為(wei) 其太陽能電池品牌高度定製。這種決(jue) 策對於(yu) 使用設備的類型和供應商有極大的意義(yi) ，包括激光器的類型和供應商。此外，過去幾年太陽能的增長速率連同新進入市場的廠家數目，已對最初太陽能產(chan) 商們(men) 青睞的完整線製造係統供應商們(men) 帶來了極大需求。因此，不時出現了送貨周期較長和生產(chan) 開發時間較慢的報道。#p#分頁標題#e#

　　展望未來，認識到激光器係統是下一代推動工具是相當重要的，隨著太陽能產(chan) 業(ye) 的升級，這種工具要和未來技術兼容。相反，基於(yu) 修正刻蝕或絲(si) 網印刷設備類型的工具已經到了某些應用線路的盡頭。這對於(yu) 薄矽片加工是絕對真實的，需要接觸的工藝已經到了當前產(chan) 能的極限邊緣，因此這種工藝不能滿足矽片厚度低於(yu) 180 μm的技術目標7。雖然新型的激光工藝可以進一步降低業(ye) 界的成本和提高性能的技術藍圖，激光器本身並不是新事物。實際上，適用於(yu) 微電子產(chan) 業(ye) 的激光器已經開始大規模生產(chan) ，交貨周期短，並且有全球的服務和支持網絡提供支持。

　　總結

　　如本文所指出的那樣，PV生產(chan) 線的激光器設備的最終選擇要求設備與(yu) 專(zhuan) 門的工藝需求特別匹配。下表總結了太陽能產(chan) 業(ye) 五年技術藍圖的重大變化，絕大多數與(yu) 激光設備的供應商有關(guan) 。隨著供應鏈不斷擴大來滿足這些需求，太陽能產(chan) 業(ye) 中的激光加工(laser oem)有望從(cong) 當前的競爭(zheng) 技術晉升為(wei) 廣為(wei) 接受的、不可或缺的技術，並將成為(wei) 快速實現技術目標和促進太陽能產(chan) 業(ye) 整體(ti) 持續增長的重要動力。