激光技术在太阳能产业的发展前景

admin

目前，太阳能产业的市场前景与2008年相比差别很大。人们很容易快速地把这个现象与大规模的经济不景气联系到一起。但是，结论别下得太快！的确，今年的设备供应出现了急速下降，但是这主要是由于自2007年起生产线供应商的产能过剩引起的；当时由于燃料扩张的刺激（特别是西班牙），需求远大于供给。由于供需循环在市场的作用，供需转换点早就被预估出来。在2009年初，人们就预计：供给将在一定程度上超过需求。对于一些生产商来说，这限制了其扩大生产和优化利用率的进度。
由于c-Si面板占了太阳能电池生产的85%-90%，因此，对这些设备供应商的影响是非常迅速的。但是，对于基于激光的设备，并未受到大的影响，而且它的前景相当乐观。对于薄膜设备来说，激光加工方式快速出击；而且该方式在该产业中的利用率较低。
产能过剩恰巧赶上了2008年底的经济萧条，导致了业界小范围的恐慌。整体地看，双重打击给生产商带来了巨大的打击，因为他们需要资金来购买新的设备或者引进新技术；对薄膜设备的影响与对消费电子的影响相当类似。这明显给那些传统上依赖薄膜扩张的激光供应商带来巨大的打击，也给激光机在该领域的应用带来契机。与此相反，c-Si板的主要生产商停止了产量的扩张，这有利于激光机供应商的发展。最终，新的太阳能生产技术（“高效率”概念）就在随后的扩张中占据了优势。好消息是，激光技术集成于其它几乎所有的高效率设备中。
增长较缓，但仍保持两位数
尽管产量降低，但是前景仍然可观。唯一的不同是，生产率不会在近两年内稳定在40%-50%。但是该产业仍然是激光设备供应商的首选，原因包括：
1）2009年设备的增长潜力预计仍为近两位数；
2）“绿色能源”的新举措（尤其在北美）提供了长期的需求量；
3）效率的提高以及降低固定/可变的生产成本依然保持优先。
最后一点给激光机带来巨大的机会——因为激光机不仅是“绿色”工具并能避免不必要的损失，而且功能强大。
图1证实了激光设备的收入（从试验生产到全面生产）与太阳能电池产量的扩张同步，它的增长率为其他工业激光部门所羡慕。从绝对的数字来讲，与微电子部门中激光设备的收入相比，总是突出太阳能产业的前景可观。
具有很高利用率的成熟工业可以通过产量来预计加工需求；然而，激光设备在太阳能产业的需求仍然处在“建立产能”阶段，而不管产品是否真的被生产出来。因此，图1中的收入值有许多是来自试点，特别是薄膜太阳能工业。要想对激光设备的需求准确预计，就必须对采用c-Si和薄膜技术所得的太阳能电池产量有相当的了解。
历史性技术的驱动力
从1980年代初到1990年代末，在c-Si面板制造中，几乎所有激光设备都以BP-Solar公司为目标地；该公司作为激光器的首批使用者，利用了激光进行边缘分割；此外，它是高效率太阳能电池的倡导者。早期采用激光技术是可行的，这归功于NewSouthWales大学、Sandia实验室以及欧盟资助项目（“低热太阳能电池”、“浅打印式太阳能电池”）的研究。该研究讨论了激光技术在高效率生产中几乎所有的应用。自2000年以来，激光技术在c-Si生产中的研究已几乎遍布整个欧洲。
薄膜激光加工的引进过程则较为顺利，因为激光器非常适合于薄膜的图案绘制。当薄膜生产达到顶峰时，激光设备的采用取决于如下几个因素：
●FirstSolar、Kaneka和Unisolar等公司的生产容量扩张计划；
●统包式设备制造商的出现，他们倾向于FPD类的生产线；
●由风投资助的研发和导向型基础设备投资，或者是，主要的c-Si生产商为减少损失而转向薄膜。
因此，薄膜激光设备的功能性变得有些“规范”，而不是新一代技术。
对效率和产能的要求促使设备更新换代
产能扩张的减缓，以及新技术的利用率、提高转化效率以及生产线产能，这些为激光设备带来新的需求。
除了BP-Solar公司的LGBC太阳能电池外，激光设备主要被用于c-Si生产的边缘分割。激光设备可以防止损失而非提高效率，理所当然地进入了供应链，大量的激光机在该领域内连续24小时工作。生产线大部分是依靠测试加工的流水线，得到效率在13%-16%的太阳能电池，远远低于高效率的概念（>20%）。要达到高效率（>17%）的效果，就要求有不同的电池建构，不同的加工步骤，最重要的是，还要有新的生产设备。虽然，不同的途径都可以实现高效率（如：背向接触、背向连接、选择性发射极、无电式镀法、优化钝化处理），但是，共同的主题都是需要基于激光的设备。图2给出了基于文献数据所得到的高效率电池的预计增长。
用于薄膜加工的激光设备最近被归类成薄膜技术的一部分，该情况对于激光技术进入供应链相当不利。吸收材料的不同，TCO层的不同，面板的厚度、大小，基底材料的不同，以及生产能力的不同，使得人们对该技术的认识更加模糊不清。是否会有一种设备可以满足每一种a:Si、“非微晶堆叠连接”、CdTe和CIGS材料参数呢？此外薄膜和c-Si材料之间还有一个影响因素，即统包的供应商在其间所扮演的角色。
因此，通过对激光加工薄膜的设备进行初略分析，让我们看到各种不同的设备类型，每一种都针对一些特定的需要。与c-Si类似的是，基于激光的设备正在经历一次转型，而这个转型并非由于技术的更新换代。相反的，这个转型是2005-2007年间薄膜工业生产过剩以及基本设备资本投入的直接后果；2008年有超过100家薄膜面板生产商。2008年底，薄膜生产线的利用率降至史上最低，总的工业指数在30%（如图3）。激光工具在薄膜工业应用的前景预测存在着许多不定因素，所以要确定该工业的前景如何，现在还为时太早。比较安全的推测是：现有的加工步骤（玻璃切割或者边缘去除过程），在各类薄膜加工中都相同，传统上是由非激光工具来完成的。这里，现有生产容量提供了一个正常的市场范围，免除了资本性支出所带来的影响。图3显示，还需要一段相当的时间，利用率才能达到90%，到那时，薄膜工业才会有更稳定的增长。
结论
尽管在过去12个月中，有不同事件的冲击，但是在太阳能工业中，激光设备仍有相当的发展潜力。不过，在当前，投资收益有更多的关卡，使得很少部分资本可以用于产能扩张。对于c-Si生产来说，这可能预示着新的激光加工设备将用于高效率的太阳能电池的生产。在薄膜工业领域，设备供应链的短期预估不容乐观，这就要求激光设备供应商采取更谨慎的态度，并且，在可能的情况下，与薄膜工业中倡导技术更新的企业结盟。