激光技術(shù)在光伏中的發(fā)展趨勢

天津市激光技術(shù)研究所 天津南開 300193

摘要：激光技術(shù)作為近些年來新型的高尖端技術(shù)，其隨著科學技術(shù)的不斷進步正在高速發(fā)展，應用領(lǐng)域也越來越廣泛。除了激光生成設(shè)備以及相關(guān)材料之外，激光技術(shù)還廣泛應用于信息傳輸、材料切割、激光冷卻以及激光加工等行業(yè)中，這些與激光的特殊性質(zhì)是分不開的。本文便將對激光技術(shù)在光伏中的發(fā)展趨勢進行探究，以促進激光技術(shù)在光伏產(chǎn)業(yè)中的應用。

關(guān)鍵詞：激光技術(shù)；光伏產(chǎn)業(yè)；發(fā)展趨勢

激光技術(shù)是當前最為重要的高尖端科學技術(shù)之一。一般來說，激光以單色光為主，因此其單色性能與其他光源相比更強。不僅如此，激光往往具有更好地方向性，并且亮度較強，所蘊含的能量通常較高，故其所能夠應用的領(lǐng)域比普通光源要更加廣泛。尤其是當前的軍事、通訊等領(lǐng)域中，激光技術(shù)占據(jù)著重要地位。除此之外，由于激光的頻率范圍較窄，因此其能夠?qū)⑺N含的能量集中到很小的范圍內(nèi)，這也使得當前激光成為了一種非常重要的材料處理技術(shù)。

一、光伏發(fā)電系統(tǒng)

光伏也就是我們常說的光伏發(fā)電系統(tǒng)，比如我們在日常生活中見到的太陽能電池，實際上就屬于簡易的光伏發(fā)電裝置。光伏發(fā)電與傳統(tǒng)發(fā)電相比有著極為明顯的優(yōu)勢，其無需消耗傳統(tǒng)能源，如煤炭、石油等，而其與水力發(fā)電以及風力發(fā)電相比所需要的工作條件更為簡單。同時，光伏發(fā)電系統(tǒng)效率相較于傳統(tǒng)發(fā)電方式更高，這也使得光伏發(fā)電技術(shù)成為了當前全球能源短缺環(huán)境下最受人們重視的能源開發(fā)技術(shù)之一。

1、光伏發(fā)電技術(shù)

太陽能是我們所能接觸到的最為重要的能源，因為地球上所有的能源歸根結(jié)底都是由太陽能轉(zhuǎn)化而來。比如說我們使用的煤炭與石油，是由古生物遺體經(jīng)過一系列理化過程變化而來，能量的主要來源是古生物的生物質(zhì)能，而古生物的生物質(zhì)能又是有太陽能轉(zhuǎn)化而來。由此我們可以看出太陽能對于人類生活發(fā)展的重要性。自人類社會步入電氣化時代之后，電力成為了人類日常生活以及生產(chǎn)發(fā)展中最為重要的能源之一。在過去，人類發(fā)電往往使用火力發(fā)電，這種發(fā)電方式不但會消耗大量的木材、煤炭、石油等資源，發(fā)電效率較低，而且在焚燒過程中會對環(huán)境造成不可逆轉(zhuǎn)的破壞。在科學技術(shù)經(jīng)過長時間發(fā)展進步之后，人們開始嘗試使用新型發(fā)電方式來代替火力發(fā)電，因而產(chǎn)生了風力發(fā)電、水力發(fā)電以及核發(fā)電等技術(shù)。在其中，太陽能發(fā)電技術(shù)可以說有著不可動搖的重要地位。

太陽能轉(zhuǎn)化為電能主要依靠的是光伏元件，光伏元件是一種半導體元件，也是一種光敏電學元件，在受到光線照射的時候就會在元件兩極產(chǎn)生電壓，從而形成電流[1]。一般來說，光伏元件為了能夠保證自身性能都會使用半導體材料制成，最常用的材料便是硅。在光伏發(fā)電的過程中，光伏元件不需要進行任何移動或是發(fā)生反應，只需要接受陽光照射便可以完成發(fā)電工作。這也使得其不會在受到損壞的情況下工作很長時間?，F(xiàn)在，光伏發(fā)電技術(shù)已經(jīng)運用到了我們的生活中，像是平時使用的太陽能手表、太陽能計算器等電子產(chǎn)品，都是通過光伏發(fā)電技術(shù)作為主要能量來源。而復雜一些的光伏發(fā)電元件發(fā)電量較大，可以為日常使用的建筑物提供所需電力，甚至可以直接為城市電網(wǎng)進行供電。

2、光伏發(fā)電技術(shù)面臨的困境

光伏發(fā)電技術(shù)的核心便是光伏元件的制作，根據(jù)上文我們知道，光伏元件的制作材料以硅為主，由于硅的特殊物理性質(zhì)使之在該領(lǐng)域占據(jù)極為重要的地位。但是，光伏發(fā)電技術(shù)屬于高尖端技術(shù)，其對于光伏元件的精密程度要求極高，而傳統(tǒng)的材料處理切割技術(shù)很難達到既定要求，這也極大程度上限制了光伏發(fā)電技術(shù)的進一步發(fā)展。若想要制作出合格的光伏元件，則需要耗費大量的人力物力，由此大大提高了光伏發(fā)電的成本，使之無法大范圍推廣并運用至各個領(lǐng)域。

二、激光技術(shù)在光伏中的發(fā)展趨勢

激光以其獨特的性能成為了當下光伏產(chǎn)業(yè)中應用最為廣泛的技術(shù)之一。由于現(xiàn)在光伏技術(shù)的不斷發(fā)展，社會生產(chǎn)對于光伏發(fā)電系統(tǒng)的需求量越來越大，這也要求光伏產(chǎn)業(yè)進一步提升自身的生產(chǎn)效率以及生產(chǎn)質(zhì)量，同時盡可能的降低生產(chǎn)成本。在這個大背景下，激光技術(shù)發(fā)揮了重要作用，與傳統(tǒng)光伏產(chǎn)業(yè)中應用到的技術(shù)相比占據(jù)著巨大優(yōu)勢。

1、激光技術(shù)的應用

激光可以將自身所蘊含的大量能量集中到橫截面積很小的范圍內(nèi)釋放，極大程度上提高了能量的利用效率，使其可以對較為堅硬的物質(zhì)進行切割。在光伏元件制造過程中，往往需要使用激光對硅片進行打薄、切割、塑形等基本步驟。同時，激光的高能特性使之具有超高的溫度，這可以在工作人員的精密控制下對硅片及附著物質(zhì)進行灼燒，形成電池邊緣摻雜或是對光伏元件表面進行鍍膜[2]，提高光伏電池的發(fā)電能力與太陽能利用能力，從根本上提升光伏發(fā)電技術(shù)的效率。除此之外，傳統(tǒng)的光伏發(fā)電技術(shù)進行發(fā)電時使用的光源都是自然光，其多由不同色光組成，波長頻率跨度范圍較大，能力損失也隨之提高。在使用這一類光源作為電能轉(zhuǎn)換來源時，發(fā)電效率普遍較低。因此可以使用激光源作為主要光源，以此來降低發(fā)電成本，提升發(fā)電效率。

2、激光技術(shù)的優(yōu)點

激光技術(shù)之所以能夠在光伏行業(yè)中得到廣泛應用，最主要的原因是其可以在盡可能減少光伏電池制作成本的同時極大程度上提高光伏電池的發(fā)電效率。兩個方面一升一降使得光伏發(fā)電的經(jīng)濟效益與傳統(tǒng)發(fā)電技術(shù)相比更高。激光技術(shù)不但讓光伏電池的制作更加簡單，同時也在保證生產(chǎn)效率的同時降低了生產(chǎn)流程中材料的損壞率，這從另一個側(cè)面再一次降低了光伏發(fā)電的成本。

從生產(chǎn)光伏元件的角度來講，激光技術(shù)與其他生產(chǎn)工藝相比無疑占據(jù)了巨大優(yōu)勢。首先，激光的波長可以通過工作人員的調(diào)整進行相應的轉(zhuǎn)變。在光伏元件中，雖然最主要的制作材料是以硅為主的半導體材料，但是仍需要部分金屬材料以及其他電介質(zhì)材料才能夠完成制作。傳統(tǒng)的材料處理工藝在處理不同種類型材料時有著較為明顯的缺陷，往往需要臨時更換設(shè)備，而激光技術(shù)則可以根據(jù)不同材料對光波的吸收特性改變激光的波長，從而簡化生產(chǎn)步驟。其次，硅的理化性質(zhì)較為穩(wěn)定，但是在高溫較高的情況下仍會與空氣中的氧氣反應生成二氧化硅；除此之外，雖然硅的硬度較高，但是脆性較大，在受到外力猛烈作用時便會碎裂。這就限制了傳統(tǒng)材料處理工藝在光伏產(chǎn)業(yè)中的應用。而激光技術(shù)使用短波光源或者是脈沖光源時不會產(chǎn)生高熱，降低了硅發(fā)生變質(zhì)的概率，同時其對硅材料進行處理時不會有實體機械與硅進行接觸，這樣減少了硅因機械沖擊而發(fā)生的損壞，保障了激光技術(shù)應用的可靠性。不僅如此，激光的單色性較強，蘊含能量也相對較高，因此其可以作為光伏發(fā)電最高能效的電源。這樣極大程度上促進了光伏發(fā)電的效率。最后，除了對硅進行切割操作之外，激光更能夠為光伏元件進行鍍層，而且與其他光伏元件鍍層工藝相比自動化程度更強，元件受損程度更低。

3、激光技術(shù)在光伏中的發(fā)展趨勢

通過上述介紹我們可以較為清晰的看出，激光技術(shù)對于當前光伏發(fā)電技術(shù)的發(fā)展有著重要意義。隨著激光技術(shù)在光伏中應用范圍不斷擴大，光伏發(fā)電成本越來越低，而效率卻越來越高，因此，激光技術(shù)在光伏發(fā)電領(lǐng)域的應用將會越來越廣泛，以此來促進光伏發(fā)電的進一步發(fā)展。從當前情況看來，激光技術(shù)將成為光伏發(fā)電產(chǎn)業(yè)中不可或缺同樣也是不能替代的一個重要生產(chǎn)工藝，并將成為快速實現(xiàn)目前光伏發(fā)電產(chǎn)業(yè)光伏元件制作技術(shù)革新最為重要的動力源泉。

三、結(jié)語

在能源短缺日益加劇的現(xiàn)在，尋求一種更為環(huán)保、高效、價格低廉的新型能源成為當務(wù)之急，光伏發(fā)電技術(shù)無疑滿足了上述所有的條件。然而光伏發(fā)電技術(shù)在我國的實際應用情況并不是很樂觀，只有極少的建筑物以及工業(yè)廠區(qū)真正將光伏發(fā)電應用到生產(chǎn)生活中。而就在今年，我國政府相關(guān)部門開始對光伏發(fā)電產(chǎn)業(yè)進行大力扶持，同時根據(jù)其在我國實際發(fā)展情況定下相關(guān)指標，敦促光伏發(fā)電技術(shù)的進一步更新?lián)Q代。相信在未來的時間里，光伏發(fā)電技術(shù)將會應用到更廣泛的領(lǐng)域，成為我們?nèi)粘Ｉ钪凶钪饕碾娏碓?，激光技術(shù)也將為這項事業(yè)貢獻出極大的力量。

參考文獻：

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[2]多晶硅太陽電池激光摻雜選擇性發(fā)射極，王雪，豆維江，秦應雄，巨小寶，[J]，光子學報，Acta Photonica Sinica，2014-43（6）