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薄膜太阳能电池激光划线工艺精度控制方法1

薄膜太阳能电池激光划线工艺精度控制方法

摘要

薄膜太阳能电池作为新一代光伏技术的代表，其生产制造过程中的激光划线工艺

对电池性能和成本控制具有决定性影响。本报告系统研究了薄膜太阳能电池激光划线

工艺的精度控制方法，从理论基础、技术路线、实施方案等多个维度进行了深入分析。

研究表明，通过优化激光参数、改进光束质量、开发智能控制系统等手段，可将划线精

度控制在±5m以内，电池转换效率提升0.30.5个百分点。报告还提出了基于机器视觉

的实时监测与反馈控制方案，建立了完整的精度控制体系。本研究成果对推动薄膜太阳

能电池产业化进程具有重要意义，可为相关企业提供技术参考和实施指南。

引言与背景

1.1研究背景与意义

随着全球能源结构转型加速，太阳能光伏产业迎来前所未有的发展机遇。根据国际

能源署(IEA)发布的《全球能源展望2023》报告，到2030年，可再生能源在全球发电

结构中的占比将超过40%，其中太阳能光伏将贡献最大增量。薄膜太阳能电池以其柔性

化、轻量化、低成本等优势，在建筑光伏一体化(BIPV)、便携式电子设备等领域展现

出广阔应用前景。

激光划线工艺作为薄膜太阳能电池制造的关键环节，直接决定了电池的串联电阻、

并联电阻和填充因子等核心参数。传统机械划线方法存在精度低、效率差、易损伤基板

等问题，而激光划线技术凭借其非接触、高精度、高效率的特点已成为主流工艺。然而，

随着电池结构日益复杂、线宽要求不断缩小，现有激光划线工艺在精度控制方面面临严

峻挑战。

1.2国内外研究现状

在激光划线精度控制领域，德国弗劳恩霍夫太阳能系统研究所(FraunhoferISE)率

先开发了基于飞秒激光的超精密划线技术，实现了线宽小于10m的划线效果。日本东

京大学研究团队通过优化光束整形系统，将划线位置精度提升至±3m水平。国内方

面，中国科学院半导体研究所联合多家企业开展了”高精度激光划线装备”专项攻关，在

355nm紫外激光划线工艺上取得突破，但与国外先进水平仍存在差距。

行业数据显示，当前主流薄膜太阳能电池生产线采用的激光划线精度普遍在

±1015m范围，导致电池串联损失约23%。根据中国光伏行业协会(CPIA)统计，若能

将划线精度提升至±5m，可使组件功率提升58W，对于大型光伏电站而言具有显著

的经济效益。

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1.3研究目标与内容

本报告旨在建立一套完整的薄膜太阳能电池激光划线精度控制方法体系，具体研

究目标包括：1)揭示激光与薄膜材料相互作用的微观机理；2)开发多参数协同优化算

法；3)构建实时监测与反馈控制系统；4)建立精度评价标准与测试方法。研究内容涵

盖激光物理、材料科学、光学工程、自动控制等多个学科领域，具有显著的交叉学科特

征。

研究概述

2.1研究范围界定

本报告聚焦于碲化镉(CdTe)、铜铟镓硒(CIGS)和钙钛矿三类主流薄膜太阳能电

池的激光划线工艺，研究波段覆盖紫外(355nm)、可见光(532nm)和红外(1064nm)激

光源。划线类型包括P1(透明导电层)、P2(吸收层)和P3(顶电极)三种典型结构。研究

尺度从微米级(线宽控制)到毫米级(拼接精度)，形成多尺度精度控制体系。

2.2技术难点分析

薄膜太阳能电池激光划线面临的主要技术难点包括：1)多层薄膜结构的差异性吸

收导致划线深度难以控制；2)热效应引起的材料再结晶和扩散问题；3)高速运动下的

动态精度保持；4)环境因素(温度、湿度)对光学系统的影响；5)长期运行下的设备稳

定性。这些难点相互关联，需要系统化的解决方案。

2.3创新点概述

本研究的创新点主要体现在：1)提出基于等离子体光谱的实时监测方法，实现划线

过程的闭环控制；2)开发自适应光束整形技术，根据不同材料特性动态优化光斑形态；

3)建立多物理场耦合仿真模型，预测划线质量；4)设计模块化控制系统，兼容不同规

格的激光划线设备。这些创新将显著提升划线精度和工艺稳定性。

政策与行业环境分析

3.1国家政策支持

中国政府高度重视光伏产业发展，“十四五”规划明确提出”推进