超大尺寸钙钛矿薄膜太阳能模组的成本优势，划线工艺难点及解决方案

从十多年前遍地开花的微晶硅薄膜太阳能技术，到方兴未艾的碲化镉薄膜太阳能技术，再到现在如火如荼的钙钛矿薄膜太阳能技术，设备投资的成本问题一直是制约薄膜太阳能产业发展的瓶颈。如何降低薄膜太阳能电池生产线设备的投资成本一直是众多薄膜太阳能电池厂家关注的焦点之一。广大薄膜太阳能电池厂家以往一直把目光聚焦在设备价格上，但实际上还可以将薄膜太阳能电池模组尺寸做大，从而间接实现这个目标。

01 超大尺寸钙钛矿薄膜太阳能模组的机遇与挑战

以尺寸为1.2米x 0.6米和1.2米x 2.4米的钙钛矿薄膜太阳能模组为例，对于乐普科激光划线设备LPKF Allegro BK12来说，这两种尺寸规格的设备核心配置基本相似，价格相差也不大，但其产出却有天壤之别。

从上图可以看出，如果子电池宽度为5毫米，1.2米x 0.6米模组需要刻划116条电池线，其电池线长度为1.2米；1.2米x 2.4米模组需要刻划236条电池线，其电池线长度为2.4米。同样使用LPKF Allegro BK12，1.2米x 0.6米模组的节拍为17秒，而1.2米x 2.4米模组的节拍为37秒。假设转化效率为18%，产线每年实际工作330天，1.2x0.6模组产线的产能为217MW，而1.2米x 2.4米模组产线的产能则为400MW，二者相差183MW！

1.2米x 2.4米模组的面积是1.2米x 0.6米模组的4倍，但其划线节拍仅仅是1.2米x 0.6米模组的2.17倍，这是因为对于划线设备来说，其节拍实际包括进片，定位，刻划，出片，而实际用于刻划的时间只占节拍时间的30%左右。尺寸不同的模组，其用于进片，定位，出片的时间基本相似，这样刻划大尺寸的模组，其实际划线效率更高。

对整个钙钛矿薄膜太阳能电池模组产线来说，无论是工艺设备，还是厂务设备，应该都有类似情况。制造1.2米x 2.4米模组与1.2米x 0.6米模组，设备的核心配置基本一样，只是设备尺寸变大了，成本增加有限。对于激光划线设备而言，其产出却提高了84.3%！

因此，将钙钛矿模组尺寸做大，能够大幅度降低产线设备投资成本。事实证明：模组尺寸大型化是一个趋势。以薄膜太阳能产业的成功发展案例证明，模组尺寸越来越大，单线产能越来越大，度电成本越来越低。

但是将模组尺寸做大的需求也给工艺设备供应商带来了相应的挑战。对于沉积涂布设备制造商来说，如何保证大面积成膜工艺的均匀性与稳定性？对于激光设备供应商的挑战更大。1.2米x 0.6米模组的面积才0.72m²，而1.2米x 2.4米模组的面积2.88 m²。如何保证在如此大面积的钙钛矿薄膜太阳能电池模组上实现激光划线的高精准性与高稳定性？

02 德国LPKF乐普科久经考验的激光划线工艺

德国乐普科太阳能设备有限公司是全球薄膜太阳能激光划线领域的市场和技术领导者。自2006年来，一直专门从事薄膜太阳能激光划线系统开发和制造。乐普科凭借其先进的技术，独特的设计理念和丰富的应用经验，研制出LPKF Allegro激光划线系统，在超大尺寸的薄膜太阳能电池模组上实现精准稳定的划线效果。

市场上目前薄膜太阳能电池激光划线设备有两种设计理念。一种是划线时激光头不动，系统驱动玻璃基板沿Y轴来回往复运动实现划线，当前大多数激光设备制造商就是这种设计理念；另外一种是划线时玻璃基板静止不动，驱动激光工作头沿X轴来回运动实现划线，乐普科正是采用了这种设计理念。

对于1.2米x0.6米的玻璃基板，依靠玻璃来回往复高速运动实现划线，还不是什么大问题，因为基板尺寸只有0.72平方米，划线长度只有1.2米，但是对于1.2x2.4的基板，其面积接近3平方米，划线长度长达2.4米，此时如果系统还是驱动玻璃基板往复运动实现划线就会带来很多问题。

玻璃虽然是刚性物体，但以高速度及高加速度（玻璃要在短时间内加速到2米/秒，然后又从2米/秒减速到0）驱动面积为3m²厚度为3mm的超大尺寸玻璃往复运动，玻璃还是会颤动，一颤动就会严重影响划线精度与稳定性，导致死区变大，模组转换效率降低。更严重的后果是电池线交叉，出现不良品。而且，频繁以高速度高加速度驱动大而薄的玻璃往复运动，其破碎的概率也会大大增加。另外，依靠玻璃来回运动实现划线，设备长度接近10米，导致设备的占地面积会很大。最后，驱动20多公斤的玻璃基板来回运动，不但能耗高，对驱动系统也有更高要求，轴承和电机等磨损也会加剧。

乐普科的设计理念是划线时玻璃基板是静止不动的，结构紧凑轻巧的激光工作头在龙门架上来回高速运动实现划线。设备结构跟玻璃基板尺寸没有关系，对于任何尺寸的玻璃基板，激光工作头都是一样的结构，驱动系统也是一样的，仅仅是行程变长了。

结构紧凑轻巧的激光工作头是乐普科划线设备Allegro的核心部件，安装了12套光路系统，通过乐普科特有的分光技术，将一个激光源分成12路光束，每个光束的功率以及两个相邻光束之间的距离（子电池宽度）都可以快速便捷的调节。划线时，激光工作头从左端运动到右端，刻划出12条电池线，然后驱动系统夹持玻璃基板往前步进12个电池宽度，玻璃基板停下来静止不动，激光工作头再由右端运动到左端，又刻划出12条电池线，如此往返运动十次，划出236条电池线。划线时玻璃基板始终静止不动，也不会颤动，划线的精度就能得到保证，从而能更好的控制死区，提高模组转化效率，同时大大减低了玻璃基板破碎的概率。

众所周知，划线的精度与长度是成反比的。电池线越长，其直线度，平行度以及线与线之间的定位精度就越难保证。乐普科公司还发明了一些独特的先进技术，为精准稳定刻划长达2.4米的电池线提供了有力的保障。

乐普科是唯一一家在设备上使用气浮轴承的公司。与传统机械轴承相比，气浮轴承没有摩擦，也就没有磨损，不需要更换，也不会因为使用一段时间后磨损而减低了划线的精度。其直线度偏差也非常低，小于3mm/m。

P2与P3设备还有动态跟随系统，刻划P2时，根据P1线的走向实现P2刻划；刻划P3时，根据P2的走向实现P3刻划，这样能将P1-P2以及P2-P3的间距做到最小，从而将死区最小化又能避免交叉出现不良品。

P2/P3设备还可以选配在线死区监控系统。刻划P2时，在线监测P1-P2的线间距；刻划P3时，在线监测P2-P3的线间距。客户可实现根据工艺需求给P1-P2及P2-P3的间距设定一个上下限范围，划线时，当实际值小于下限时（可

能会交叉）或大于上限时（死区加大）系统都会报警，提醒用户工艺出了问题需要调整。

当前，中国钙钛矿产业蓄势待发，多家企业正在规划GW级钙钛矿薄膜太阳能电池产线。相信不久的将来，中国钙钛矿薄膜太阳能电池行业将有大突破，忽如一夜春风来，千树万树梨花开！德国乐普科太阳能设备有限公司，作为全球薄膜太阳能激光划线领域的技术领先者，将竭尽全力，把我们在薄膜太阳能电池划线领域十几年积累的经验和技术应用到中国钙钛矿薄膜太阳能行业，为中国钙钛矿薄膜太阳能的发展壮大助一臂之力！