近年來(lái)，我國(guó)薄膜電池產(chǎn)量雖有提升，但因成本、大尺寸光電轉(zhuǎn)化效率和技術(shù)普及性等方面的限制，在整體的光伏電池組件產(chǎn)量中占比較低。在如今“雙碳”和“能耗雙控”的政策背景下，BIPV（光伏建筑一體化）是推行綠色建筑的有效途徑。目前薄膜電池雖然在轉(zhuǎn)化效率等方面不及晶硅電池，但其結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、透光性可調(diào)節(jié)、弱光性好、溫度系數(shù)小等特點(diǎn)，使得薄膜電池在BIPV上比晶硅電池更具優(yōu)勢(shì)，薄膜電池能夠與建筑材料更好地結(jié)合，有望在市場(chǎng)占據(jù)一席之地。尤其近兩年鈣鈦礦電池的發(fā)展受到市場(chǎng)關(guān)注，目前已逐步開啟量產(chǎn)化進(jìn)程。

鈣鈦礦光伏電池，利用鈣鈦礦型的化合物作為吸光材料，相比于晶硅和其它薄膜電池而言，鈣鈦礦光伏電池?fù)碛幸韵聝?yōu)勢(shì)：

鈣鈦礦為人工合成材料，根據(jù)配方不同可調(diào)整帶隙；

高轉(zhuǎn)換效率和發(fā)電量的優(yōu)勢(shì)，疊層更具效率發(fā)展?jié)摿Γ?/p>

制備工藝簡(jiǎn)單，流程短，生產(chǎn)效率高，材料成本低，無(wú)需高溫生產(chǎn)，節(jié)能；

弱光性好且透光，外觀形態(tài)可調(diào)節(jié)范圍大，輕質(zhì)和柔性特點(diǎn)使鈣鈦礦電池的應(yīng)用場(chǎng)景更廣。

激光在鈣鈦礦生產(chǎn)中的應(yīng)用

在單結(jié)鈣鈦礦電池制備過(guò)程中，有4道激光工序，P1、P2、P3、P4，進(jìn)行3次平行激光刻蝕（P1－P3）激光使材料汽化并形成槽線，將整面膜層分割成一個(gè)個(gè)相互串聯(lián)的寬約4－12mm的子電池，從而形成阻斷電流導(dǎo)通的單獨(dú)模塊，以實(shí)現(xiàn)增大電壓和串聯(lián)電池的效果。P4是將靠玻璃邊緣約10mm寬度的膜層清除，形成絕緣區(qū)域，作為后段封裝區(qū)域。

以反式結(jié)構(gòu)p－i－n為例

激光P1劃線：激光刻蝕底部TCO膜層，形成相互獨(dú)立的TCO襯底；

激光P2劃線：激光刻蝕TCO以上其它膜層，提供相鄰兩節(jié)子電池的正負(fù)電極提供傳輸通道；

激光P3劃線：沉積背電極后，激光刻蝕TCO以上其它膜層，將子電池之間分離開；

激光P4清邊工藝：清除掉電池邊緣的沉積膜，防止漏電，保證電池封裝可靠性。

每個(gè)子電池包含兩個(gè)區(qū)域：死區(qū)和有效區(qū)。P1線到P3線最外側(cè)區(qū)域不能發(fā)電，俗稱死區(qū)。死區(qū)寬度越大，電池中發(fā)電無(wú)效區(qū)占比越大，子電池的效率也就越低，因此，鈣鈦礦光伏電池激光劃線工序，其中一個(gè)核心技術(shù)指標(biāo)就是將死區(qū)做到最小。除產(chǎn)品本身設(shè)計(jì)線寬對(duì)死區(qū)寬度有影響外，線與線的間距需盡量做小，但是P1、P2、P3線之間，不可相交或并線，故間距越小，對(duì)設(shè)備加工系統(tǒng)的控制精度要求越高。

以反式結(jié)構(gòu)p－i－n為例

除死區(qū)控制之外，激光工藝效果在很大程度上也影響著電池的光電性能，激光刻蝕深度要求嚴(yán)格，需控制激光能量與頻率，目標(biāo)是在膜層清除干凈的基礎(chǔ)上做到無(wú)火山口和熱影響，線條均勻性好。此外，激光劃線所產(chǎn)生的粉塵如何處理，防止污染膜層也是一個(gè)重點(diǎn)。

近年來(lái)，深圳市杰普特與產(chǎn)業(yè)伙伴聯(lián)合創(chuàng)新，針對(duì)不同產(chǎn)能需求和產(chǎn)品種類，積極投入、潛心鉆研，成功開發(fā)出一系列用于薄膜電池高精度劃線的激光智能裝備。設(shè)備包括：實(shí)驗(yàn)室及小試線設(shè)備，百M(fèi)W中試量產(chǎn)線設(shè)備等。得益于JPT在光學(xué)設(shè)計(jì)、運(yùn)動(dòng)控制、精密量測(cè)等領(lǐng)域的多年技術(shù)積累，激光劃線設(shè)備可滿足客戶的高精度劃線需求。

JPT薄膜光伏激光劃線機(jī)

JPT根據(jù)客戶產(chǎn)品開發(fā)進(jìn)度和布線情況，提供兩種類型產(chǎn)品：

實(shí)驗(yàn)、小試線：

應(yīng)用于實(shí)驗(yàn)室科研／研發(fā)級(jí)別薄膜電池產(chǎn)品開發(fā)中前期階段的小幅面薄膜電池產(chǎn)品驗(yàn)證，將其實(shí)驗(yàn)室cm2級(jí)別的微型電池單元擴(kuò)展為具有子電池串聯(lián)結(jié)構(gòu)的小型薄膜組件（300mm×300mm），通過(guò)此劃線設(shè)備可驗(yàn)證制備薄膜組件的技術(shù)移植到大尺寸量產(chǎn)線上的可行性。此設(shè)備兼容膜面及玻璃面出光P1～P3激光劃線和P4清邊，可根據(jù)客戶實(shí)際產(chǎn)品定制不同加工平臺(tái)尺寸；采用科研級(jí)別大理石結(jié)構(gòu)，高速直線電機(jī)運(yùn)動(dòng)平臺(tái)，保證系統(tǒng)的穩(wěn)定性、加工精度和效率；可根據(jù)客戶膜層材料的光譜吸收特性來(lái)選擇不同波長(zhǎng)的激光光源，致力于低火山口、無(wú)熱影響等優(yōu)質(zhì)的加工效果是鈣鈦礦行業(yè)實(shí)驗(yàn)、小試線激光設(shè)備的首選。

P1 無(wú)火山口（TCO材質(zhì)）

P2 無(wú)火山口

P3 少量或無(wú)火山口

P4 少量火山口

100MW量產(chǎn)中試線：

應(yīng)用于鈣鈦礦產(chǎn)品開發(fā)中期階段，大規(guī)模量產(chǎn)前中試線；大面積制備是商業(yè)化前提，而面積放大后，將極大增加薄膜制備、劃線均勻性和精度保證的難度，極易出現(xiàn)制備不均勻、不穩(wěn)定等問題，降低轉(zhuǎn)換效率。在大面積基板上對(duì)各個(gè)不同膜層進(jìn)行高精度刻蝕，制作出性能優(yōu)良的電池組件是必須要攻克且非常具有挑戰(zhàn)性的難關(guān)。

100MW產(chǎn)能的中試線需要P1／P2／P3／P4各一臺(tái)獨(dú)立的自動(dòng)化激光劃線設(shè)備，JPT百M(fèi)W激光劃線設(shè)備根據(jù)產(chǎn)能不同可提供單臺(tái)設(shè)備8－12路激光分束同時(shí)加工。為滿足GW線產(chǎn)能需求，目前公司已研發(fā)更大產(chǎn)品幅面、更多分束光路及更高速劃線速度的量產(chǎn)型設(shè)備。

設(shè)備核心優(yōu)勢(shì)

結(jié)構(gòu)：

特殊緩沖，實(shí)現(xiàn)高速運(yùn)行。整機(jī)防震設(shè)計(jì)、模塊剛性設(shè)計(jì)、致力于光學(xué)隔振、系統(tǒng)穩(wěn)定性；

飛行光路激光加工過(guò)程中產(chǎn)品靜止；

各光路焦點(diǎn)、間距自動(dòng)調(diào)節(jié)，精度±1μm。

光學(xué)：

采用機(jī)械分光方式實(shí)現(xiàn)8－12路分光，并行加工提高加工效率；

結(jié)構(gòu)輕量化設(shè)計(jì)可滿足GW線2．5m／s以上，3g加工速度負(fù)載要求；

光路功率獨(dú)立可調(diào)，模塊化光路設(shè)計(jì)實(shí)現(xiàn)膜面或玻璃面加工；

機(jī)械分光的光學(xué)設(shè)計(jì)各光路功率一致性小于3％，針對(duì)膜面加工各光路功率一致性高，能夠更大程度改善膜面材料工藝窗口小，對(duì)功率一致性要求高的加工效果。

軟件：

自研軟件，界面簡(jiǎn)約清晰、功能完備、操作簡(jiǎn)單易上手；

具有高度跟蹤、軌跡追蹤、功率檢測(cè)、死區(qū)監(jiān)測(cè)等功能。

2019年杰普特進(jìn)入薄膜電池光伏電池行業(yè)，與客戶合作驗(yàn)證柔性鈣鈦礦電池激光劃線，率先使用超窄脈寬激光對(duì)產(chǎn)品進(jìn)行工藝驗(yàn)證，獲得較好結(jié)果；超窄脈寬激光相比納秒激光有明顯優(yōu)勢(shì)，并確立以皮秒光源作為鈣鈦礦光伏電池激光劃線設(shè)備的主要光源。2021年，JPT上半年交付國(guó)內(nèi)第一臺(tái)柔性鈣鈦礦光伏電池中試機(jī)，自此，2021～2023年，陸續(xù)交付中試機(jī)于華南、華中、華東客戶群。

鈣鈦礦光伏電池試驗(yàn)機(jī)

2023年，杰普特成功贏得了首個(gè)百兆瓦級(jí)別的訂單，與鈣鈦礦光伏電池領(lǐng)軍企業(yè)協(xié)鑫光電合作，為其打造100MW鈣鈦礦光伏電池量產(chǎn)線激光劃線全套設(shè)備，這標(biāo)志著杰普特鈣鈦礦光伏電池激光劃線技術(shù)進(jìn)入新的里程碑。2023年7月底，整套100MW鈣鈦礦激光劃線設(shè)備已順利交付客戶端。

近年來(lái)，在“雙碳”戰(zhàn)略目標(biāo)和產(chǎn)業(yè)政策的支持下，我國(guó)光伏行業(yè)迎來(lái)了前所未有的黃金發(fā)展期，JPT已開始布局研發(fā)下一代GW量產(chǎn)線，將在光伏電池行業(yè)激光應(yīng)用領(lǐng)域不斷地鉆研與探索，堅(jiān)守初心、砥礪奮進(jìn)、刻苦鉆研、不斷創(chuàng)新！

文章來(lái)源：杰普特

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