測量（liàng）技術與太陽（yáng）能發電應用（yòng）有何關係？
2018-10-12 來源（yuán）：雷尼紹 作者：-
太陽能技術發展現狀
利用太陽能電池（也稱光伏 (PV) 電（diàn）池）發電的（de）普及程度在（zài）過去十年間大幅提高，絲毫沒有衰減的跡象。在電網智能化、發（fā）電方式多元化以及能源消費個體參與程度最大化等（děng）方麵，太陽能技術的應（yīng）用都將發揮至關重要的作用。大規模太陽（yáng）能發電將變得越來越普（pǔ）遍，如今每千瓦電價已（yǐ）經與傳統能源（例如核能和（hé）天然氣）不相上下。
太陽能發（fā）電（diàn）站（zhàn）
近年來，太陽能發電市（shì）場明顯回暖，2015年至2016年期間（jiān），裝機容量甚至增長了50%。中國擁有世界上最（zuì）大的太（tài）陽能（néng）發電市場，其新增（zēng）裝機（jī）容量（liàng）占據全球總量的一半。而亞太地區更已成（chéng）為全球（qiú）太陽能發電量最大的地區，2016年的總（zǒng）裝機容量達到147.2 GW，超越了歐洲和美國。
隨著監管框架、市場規劃和基礎設施投資方式的日益完善，全球太陽能發（fā）電市場的發展在未來幾（jǐ）年內可能會有（yǒu）所放緩。但隨著太陽能發電成為（wéi）最（zuì）經濟的大規模實用發電技術，到（dào）2020年（nián）前後，它可能（néng）會再次進入高速發展的快車道。從長遠來看，住宅和商業建築物采用的分布式（shì）“屋頂”太陽能發電裝置將會贏得可觀（guān）的市場份（fèn）額。
歐（ōu）洲光伏產（chǎn）業協會 (SolarPower Europe) 認為全（quán）球太陽能裝機容量到2021年可達到（dào）約1 TW（萬億瓦）。此外，到2030年歐盟（méng）必須實現可再生能源（yuán） (RES) 比重至少達到35%的目標，以履行（háng）其到2050年（nián）將成員國國內溫室氣體排放（fàng）量（liàng）降低至1990年排放水平的20%的承諾。未來幾年，市場對光（guāng）伏發電設備的需（xū）求（qiú）可能會不斷增加，太陽能電池製造商和太陽能產業鏈中的其他公司將（jiāng）迎來重大發展機遇。
光伏裝（zhuāng）備製造
由於光伏製造行業具有明顯（xiǎn）的規模（mó）經濟效應，因（yīn）此全自動化連續生（shēng）產非常普遍。標準單晶（jīng）光伏電池以摻磷矽 (Si) 為基體（吸收體），表麵具有摻氮薄層和防（fáng）反射塗層。n型和（hé）p型半導體（tǐ）之間的勢壘稱為p-n結，允許在（zài）對側聚積電子（zǐ）和正穴（正電荷），而不會重新複合。
當光線照射到光（guāng）伏電池上時，電荷因吸收光（guāng）子能量而逃逸並流向電池電極，從而產生開路電壓。多塊電池集成在（zài）一個太陽能模塊中，隨（suí）後一個模塊又與其他模塊（kuài）聯接，由此產生大量電能。
太陽能電池板（bǎn）基本製造流程（chéng）概括如下：
矽片製備
表麵織構（降低反射率）
p-n結形成（濕化學工藝）
氧化物蝕刻（去除不（bú）需要的表層）
防反射塗層
金屬（shǔ）接觸曬印（絲網印刷）
金屬接觸熱處（chù）理（燒結）
邊緣（yuán）隔離（激光燒蝕）
測試與分類
每一製造環節以及期間的所有處理步驟均（jun1）需要用到運動控製技（jì）術，而（ér）其中最具挑戰性（xìng）的工藝環節則是精確沉積金屬接觸層。銀（yín）和鋁漿利用絲網印刷工（gōng）藝噴塗在每（měi）個矽（guī）晶片的正麵和背麵。光伏電池的向（xiàng）陽麵印有一（yī）係列寬度（dù）約為100微米的精細接觸指，間（jiān）距為2 mm，並覆蓋有兩或三條垂直母線。電池背陽麵在金屬化區域（yù）具有一組對應的母線。正反麵母（mǔ）線（xiàn）的主要（yào）功能是收集電流，並與導電（diàn）電極進行機械接觸。
用於光伏電池製（zhì）造的絲（sī）網印刷係統可采用（yòng）以下工藝步驟：
. 晶片光刻檢驗 — 係統將晶片傳送到檢測區域，並對晶片表麵的至少兩（liǎng）個基（jī）準點（對準標記）進行成像。
. 圖像處理 — 使用圖（tú）像處理軟件確定每個（gè）基準點的精確位置數據，並在內存中定期（qī）更新這些數據，以提高多個（gè）印刷層的印刷準確度。
. 晶片對準 — 在X、Y和θ方向對晶片平台進行精細調整（見圖3）以修正偏置，然後（hòu）轉移到（dào）絲網印刷網版（模板）的下方。這些調整（zhěng）可使晶片上的基準點與存儲的參考基準點重疊。直（zhí）線光柵和圓光柵可提（tí）供必要的位置反饋，以驅動（dòng）每個軸精確地將晶片與絲網對（duì）準。
太陽能電池絲網印刷流程
印刷 — 在對準之後，將晶（jīng）片夾持到位，然後使用傳統絲（sī）網印刷工藝直（zhí）接噴塗銀和鋁漿（jiāng）。
運（yùn）動控製技（jì）術要求
當前，單晶光伏電池的能量（liàng）轉換效率接近20%，而矽單（dān）結電池的最（zuì）大理論極限效率約為29%。轉換效率的提高可降低每千瓦時的發電成本，並減少太陽能發（fā）電裝置的（de）物理尺寸，因此製造商一直不斷致力於改進製造工藝以提高效率。
每個金屬接觸指下方較大的摻氮區域
典型的矽太（tài）陽能電池生產流程需要（yào）完成多次絲網印刷操作：電池的正反麵至少有兩次（cì）單獨的印刷工序。為了（le）提高轉換效率（lǜ），必須在不降低導電性的前提下盡（jìn）可（kě）能精細印刷電池正麵的接觸線，這需（xū）要以極高精（jīng）度和重（chóng）複性完成多層疊加印刷（shuā）。
太陽能電池層-編號
通過使接（jiē）觸線變得更細更厚，可使更多電池麵積參（cān）與太陽能轉換（圖4）。例如，將接觸指的線寬從120 µm縮減至70 µm，同時（shí）將厚度提升（shēng）一倍，則轉換效（xiào）率可潛在增加0.5%。另（lìng）一項提（tí）高電池性能的技術則是使用選擇性發射極 — 即對太陽能電池的（de）矽晶片（piàn）進行差異化（huà）摻雜處理。通（tōng）過在金屬觸指正下方的區域進行重摻雜，而（ér）僅在其他區域進行輕摻雜，可提高光線的短波響（xiǎng）應，從而提高電池轉換效率（圖5）。
減少金屬接觸指線寬可提高太陽能電池轉換效率
目前有多種技術可用（yòng）於製造選擇性（xìng）發射極，其中大部分都涉及各印刷層的高精度對準和沉積。由於後續印刷層必須精確置於前一層（céng）之上，因此絲網對準精度（dù）是確保多層印刷觸指（zhǐ）質量優良最為重要的指標。配有（yǒu）高分辨率攝像頭的先進（jìn）對準係統如今已能夠實現達±10 µm的對準精度。高精度位置編碼器（qì），例如雷尼紹RESOLUTE絕對式光柵係統（tǒng），是提高印刷絲網（wǎng）重（chóng）疊精度和控製性能的關鍵。RESOLUTE光柵的工作速度高達100 m/s，分辨（biàn）率可達1 nm，周期誤差低至±40 nm。
總結
屋頂太陽能電（diàn）池板
太陽能在未來數十年內很（hěn）可能成為人類最主要的電力來源，其發電（diàn）方式可（kě）分為集中式和分布式，後（hòu）者如屋頂安裝的太陽能電池板（圖6）。在蓬勃發（fā）展的背景下（xià），光（guāng）伏產業（yè）鏈的參與者擁有著諸多商機。運動（dòng）控製技術可應用到光伏電（diàn）池製造流程的（de）所有（yǒu）階段，對於高精度絲網印刷工藝（yì）而（ér）言尤為（wéi）重要。雷尼紹在運動控製領域的專業技術以及種類豐富的光柵產（chǎn）品係列可為OEM廠商與最終用（yòng）戶提供（gòng）最前沿的測量解決方案，滿足他們的運動控製需求。
詳情（qíng）請訪問（wèn）www.renishaw.com.cn/encoders
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