在8月26日的常州钙钛矿论坛上，德国LPKF乐普科太阳能事业部李爱国先生以“高精度、高稳定性、高产能的德国LPKF激光系统”为主题，分享了乐普科激光划线设备如何在GW级钙钛矿薄膜太阳能产线上发挥重大作用。
钙钛矿型太阳能电池（perovskite solar cells），作为第三代高效薄膜电池的代表，是一种利用钙钛矿型有机金属卤化物作为吸光半导体层材料的太阳能电池。钙钛矿电池不仅效率提升空间大，如单节钙钛矿电池理论效率可达 31%，钙钛矿叠层电池理论效率可达 43%（高于晶硅电池的 29.4%）；而且制造工艺简单，生产能耗低以及原材料容易获得等。
2022年8月18日，中国科技部等九部门印发《科技支撑碳达峰碳中和实施方案(2022—2030年)》，着重强调“研发高效硅基光伏电池、高效稳定钙钛矿电池技术”。
2022年7月14日，美国能源部宣布了一系列新举措，计划投资5600 万美元，用于扩大薄膜组件产能和实现钙钛矿太阳能电池的商业化。
基于钙钛矿太阳能电池上述突出优势以及重大政策利好，国内众多公司纷纷投资钙钛矿太阳能，并计划于2023年在中国建成多条GW级钙钛矿电池产线。
与其他薄膜太阳能电池制程一样，钙钛矿薄膜太阳能电池在制造过程中也有三道激光 划线工艺。这三道划线工艺非常关键，不但对提高电池转化效率有着重要作用，并且负责这三道工艺的激光设备也在整条产线投资中占据很大的比重。因此，为GW级钙钛矿产线配备一套性能优成本低的激光划线系统成为各大钙钛矿厂商的当务之急。
薄膜太阳能激光划线系统LPKF Allegro BK24
德国LPKF太阳能设备有限公司（LPKF SolarQuipment GmbH），自2006年以来，15年如一日，潜心专注于研制薄膜太阳能激光划线系统。其苦心孤诣打造的大型激光划线设备LPKF Allegro因其高产能，高精度，高可靠性等特点，已被全球薄膜太阳能厂商广泛认可和采用，总装机量超过200台，当前在运行设备总产能逾10GW。
对中国众多钙钛矿厂商迫切的提效降本的需求，德国LPKF公司特向中国市场推出其最新型激光划线设备LPKF Allegro BK24。该款激光划线设备具有如下三个特点：
- 产能高：双核驱动，配备24路加工光束，单机产能超过500MW.
- 精度高：拥有多项LPKF独有“黑科技”，刻划精度≤+/- 10um，已在大面积薄膜组件上实现死区130微米以下。
- 可靠度高：独特的设计理念，设备稼动率超过98%。
目前市场上友商的激光划线设备一般为8路结构，刻划速度为1.5米/秒，总划线速度最大12米/秒；而LPKF Allegro BK24配备了24路工作光束，刻划速度2.5米/秒，总划线速度可达60米/秒，工作效率提高5倍。
如此高的刻划速度，主要归功于其独特的设计-划线时玻璃不动，靠驱动激光工作头往复运动实现划线。而友商划线设备都是划线时激光头不动，靠玻璃基板来回运动实现划线，因为玻璃基板一般面积要达2平方米以上，如果玻璃基板运动速度太快，玻璃会颤动，不光影响精度，而且提高了玻璃基板破碎的可能性，所以玻璃基板的速度一般为1.5米/秒。
LPKF激光划线设备的核心-激光工作头，结构轻便，紧促，紧固。内部整合有12路激光光路，划线时，玻璃不动，带有12路加工光束的激光头在气浮导轨上来回运动，加工速度可达2.5米每秒。
LPKF Allegro BK24为双核结构，配备了两个激光工作头，每个激光头12路加工光束，精确配合，同步运动，在保证高精度的同时，使单机产能超过500MW成为可能，这样，GW级钙钛矿产线只需要配备2套6台划线设备。而使用常规8路激光划线设备，GW级产线可能需要8套24台划线设备。由此可见，采用乐普科BK24，占地面积，能耗，人工能差不多降低75%。而且，跟24台设备相比，6台设备的后期维护保养成本也会低很多！
对于钙钛矿薄膜太阳能模组来说，死区是一个非常关键的技术指标。众所周知，薄膜太阳能模组是由一百多个子电池串联起来组成的，每个子电池包含两个区域：不能发电的死区与可以发电的有效区，死区越小，有效发电面积就越大，模组的输出功率就越大。
德国LPKF乐普科公司拥有强大的专业技术团队，自2006年以来，团队中的激光技术专家，驱动控制技术专家以及计算机软件工程师不断创新，发明了直线电机光栅尺气浮轴承组合驱动装置，在线自动对焦，在线电池宽度检测与校正，在线实时轨迹跟踪，在线死区监控等多种“黑科技”，提高划线精度，降低死区。
凭借以上“黑科技”，LPKF可在大面积薄膜太阳能模组把死区面积降到130um以下。以1米x 2米，子电池宽度为5毫米的薄膜太阳能模组为例，当死区由250微米降到130微米时，假设转化效率为16%，每块模组可多输出7.5瓦。
LPKF激光划线设备基座由重达十余吨的天然花岗岩材质制成，热胀冷缩率低，缓冲性能好，是设备可靠度高的有力保障。另外，划线时大面积的玻璃基板不动，激光头运动也大大提高了设备的可靠度。
划线时无论是玻璃基板往复运动，还是激光头往复运动，都是依靠驱动系统一直驱动玻璃基板或激光头来实现划线，因此，驱动系统对划线的精度和稳定性都发挥着至关重要的作用。与丝杠伺服电机加机械轴承传统三件套驱动系统相比，LPKF设备驱动系统采用了直线电机光栅尺加气浮轴承，动件与导轨之间没有摩擦，因此不会有机械轴承常见的磨损，性能更稳定。
此外，LPKF独特的机械分光技术也是设备高可靠性的有力保证，通过精密装配与调校的分光系统，把一个激光源分成12路，每路光束可单独控制。与DOE分光相比，机械分光结构简单，便于维护，稳定性好，功率损失小，但对制造，装配，调校要求非常高，全球也仅有乐普科采用机械分光技术。
通过采用以上独特设计理念与先进技术，LPKF激光划线设备稼动率可达98%以上。
2020年9月中国明确提出2030年“碳达峰”与2060年“碳中和”目标，将持续推进产业结构和能源结构调整，大力发展可再生能源。钙钛矿太阳能作为一种非常有潜力的可再生能源技术，未来可期！德国LPKF乐普科，作为全球薄膜太阳能划线领域的技术和市场领先者，将全力服务中国钙钛矿客户，向中国钙钛矿客户提供最新的划线技术，为中国钙钛矿太阳能的蓬勃发展助一臂之力！
来源：LPKF乐普科
原文始发于微信公众号（光伏产业通）：德国LPKF乐普科助力中国建设GW级钙钛矿太阳能产线
