从阳光到电能的转换是在光伏设备的核心组件即太阳能电池中进行的,该设备的制造过程分为几个不同的步骤——从硅原料的提取到组件的制造。在晶体硅太阳能电池的制造价值链中,Manz最关注第三个阶段:从硅片到电池片的制造流程。世界上几乎所有的大型制造商都在使用Manz的系统进行太阳能电池的制造,而且在开发新工艺时,Manz将关注点聚焦在太阳能电池的大规模经济型生产中。
大规模经济型生产意味着效率提高、成本降低,这对于规模经济效应明显的光伏产业发展来说意义重大。市场分析认为,尽管2011年光伏组件发货量保持增长,但价格的下跌使市场总体收入呈下降态势。光伏产业正面临一个危险趋势,既仅仅关注兆瓦级甚至吉瓦级的产能和出货量,而忽视收入和利润。面对政府补贴措施的取消以及市场竞争的日趋白热化,光伏产业迫切需要在成本降低和效率提升两个方面寻找更大的空间。
通过改善制造工艺来实现降低晶体硅电池成本的空间已经非常有限了,现有的一些技术都注重于节约使用材料,但所有这些削减成本的措施只能提供有限的空间。事实上,晶体硅电池生产企业的硅料采购价格在今后相当长的一段时间内将保持稳中有升的趋势。因此,制造商将他们的注意力集中到了每Wp产品价格的第二个组成部分:转换效率。这里可用的技术范围十分广阔,在大规模太阳能电池生产的过程中通过转换效率的盈利将超过必要的额外投资。
Manz采用了高效激光加工工艺来实现这一目标。在材料加工过程中使用激光工艺是一种理想的提高产品转换效率的技术手段,激光受到精确地控制且不会损伤基材。Manz在一步性选择性发射极工艺中,采用了IPE(斯图加特大学物理电子研究所)开发的激光工艺来创建出选择性发射极架构。尤其是开发的激光光学部件可以在常规扩散处理后,将磷硅玻璃层中的含磷介质扩散到太阳能电池的发射极中,从而消除所有缺陷。因此可以借由局部增加磷原子的二次掺杂,以显著促进晶体和接触电极之间的传导率。选择性掺杂技术是一项非常精细的技术,也是综合的大规模生产的必经之路。
发射极–太阳能电池朝向太阳的一面聚集–聚集太阳光生成的电荷载子并将其沿导体路径传送至终端用户。发射极被磷原子有选择地浸覆以尽可能地增加其导电性–工业上将该工艺称作掺杂。导体路径上磷原子的浓度应该高于太阳光活动面上磷原子的浓度,否则将会损失很多的电荷载子。为有效增加接触面磷原子的浓度,可以使用激光将磷原子驱入硅半导体,以丰富一条比较窄的晶体区域。Manz是一步性激光工艺的唯一制造商,从而使得昂贵的过滤变得不必要。在不同客户的测试中,选择性发射极可以提高晶体硅太阳能电池效率高达0.5%。对于高端的太阳能电池来说,也就意味着大约16.5%~17%的最终转换效率。
选择性发射极
丝网印刷——在电池片上印刷导电层——是晶体太阳能电池制造中的一个重要流程。Manz开发了世界上最快速、精度最高的丝网印刷机HAP2400,该设备是Manz后端生产线不可分割的一部分,仅有当导体路径非常精确地印刷到选择性发射极扩散区域上上时,选择性发射极的优点才可以最大程度地突显出来。印刷过程越精确并且选择性发射极扩散区域宽度尽可能地窄时,电池表面的受光面积也就越大。该设备上,摄像机可以探测到硅片上经过选择性发射极处理的二次扩散区域带,并将其与丝网印刷机上的栅线印刷图形进行对位,其精度远远小于10微米,同样,丝网印刷机也受摄像机控制。细栅的宽度仅有100微米,而选择性发射极扩散区域宽度在150微米以下──比利用其它制造技术生产的选择性发射极宽度都要窄。
高精度印刷工艺带来的优势
根据调查,这一理想组合恰好可以满足太阳能制造商的需求,Manz研发的选择性发射极创建工艺只需要最低的生产成本,这也正是为什么该工艺能够帮助其客户提高盈利能力的原因。世界知名光伏制造商,诸如博世(Bosch)、康能(Conergy)和英利(Yingli)均已采用了这项技术。