半导体激光器在太阳能电池领域的应用

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Wolfgang Horn毕业于德国达姆施达特应用技术大学物理系。1995年进入德国曼海姆大学的焊接研究院（SLV）深造。1997-2002年，Wolfgang Horn在曼海姆大学的焊接研究院的制程部负责研发工作。2002年正式加入DILAS Diodenlaser GmbH，负责德国DILAS的工业激光系统产品。 现今，激光器已经普遍应用于太阳能电池生产领域，如脉冲Nd:YAG激光器或Nd:YVO4激光器用于太阳能电池的边缘隔离。在太阳能电池生产中，通过对硅片进行激光钻孔、激光切割、激光划线来实现背部电连接，这些方法同样被认为是可行的激光处理方法。若要实现此法，则需使用具有较高峰值功率和良好光束质量的脉冲激光器。 虽然高功率半导体激光器不能达到这些参量，但当使用具有毫米级焦点的紧凑型连续光源时，高功率半导体激光器仍具有其优势。下面将着重描述激光器在太阳能电池生产领域的应用，介绍它是如何实现焊接、再结晶或烘干功能的。所有这些应用都有其共同点——在几平方毫米的区域范围内可达到目标热值。 半导体激光器——激光焊接 在光伏组件的生产中，单个太阳能电池通过焊接连接带互相电连接。焊接时，焊料必须与其同时达到一定程度的良好导电性能。因其不确定的热输入和应用期间产生的机械应力，业界很少采用Kolben焊，而是更偏向使用感应钎焊、热空气焊或微型火焰钎焊等焊接方法。 因太阳能电池越来越薄 (<200μm)，在其生产过程中，物美价廉的硅太阳能电池对其晶圆处理的要求也就越来越高，应尽可能地减小在处理过程中晶圆的报废率和热应力。 采用高功率半导体激光器进行焊接有诸多优点，而这些优点对于太阳能电池的电连接是必不可少的。这是一种无接触方法，是通过对空间和时间上输入热量的定义以及确保太阳能电池本身的热应力最小来实现的。为提高过程的稳定性，半导体激光器可以在一个闭环控制回路里（闭环）通过高温计的作用，尽可能地控制和减小焊缝的热量输入(见图1)。在自动化生产过程中，可实现大批量重复生产，同时也提高了效益，实现了较高的光电效率。 图1：扫描头的工作方式 多数情况下，上述提及的高温计被集成到激光加工头中，其探测范围静态地通过激光焦距调节。Galvo扫描仪和高温计的结合体现了轴上实时温控的灵活优势，并在材料加工方面实现了最大可能的过程控制。单个太阳能电池大小的加工区域可通过其相对应的光学性来描述，且使得快速、灵活、温度可控的太阳能电池的电连接得以实现。 太阳能电池的组装或叠加是通过金属丝连接实现的。在这里，长而易断的金属丝与其他设备被固定在同一个位置。如果太阳能电池通过薄片叠压方式来实现焊接，那么激光焊接过程的引入便可以省去额外的设备。 此类模型典型的层结构是： 乙烯醋酸乙烯酯（EVA）箔 镀锡带 太阳能电池 镀锡带 透明泰德拉