激光技术在光伏中的发展趋势

激光技术在光伏中的发展趋势

发表时间：2016-12-06T15:23:46.543Z 来源：《基层建设》2015年第35期作者：陈斅恔1 张舒明2

[导读] 摘要：激光技术作为近些年来新型的高尖端技术，其随着科学技术的不断进步正在高速发展，应用领域也越来越广泛。

天津市激光技术研究所天津南开 300193

摘要：激光技术作为近些年来新型的高尖端技术，其随着科学技术的不断进步正在高速发展，应用领域也越来越广泛。除了激光生成设备以及相关材料之外，激光技术还广泛应用于信息传输、材料切割、激光冷却以及激光加工等行业中，这些与激光的特殊性质是分不开的。本文便将对激光技术在光伏中的发展趋势进行探究，以促进激光技术在光伏产业中的应用。

关键词：激光技术；光伏产业；发展趋势

激光技术是当前最为重要的高尖端科学技术之一。一般来说，激光以单色光为主，因此其单色性能与其他光源相比更强。不仅如此，激光往往具有更好地方向性，并且亮度较强，所蕴含的能量通常较高，故其所能够应用的领域比普通光源要更加广泛。尤其是当前的军事、通讯等领域中，激光技术占据着重要地位。除此之外，由于激光的频率范围较窄，因此其能够将所蕴含的能量集中到很小的范围内，这也使得当前激光成为了一种非常重要的材料处理技术。

一、光伏发电系统

光伏也就是我们常说的光伏发电系统，比如我们在日常生活中见到的太阳能电池，实际上就属于简易的光伏发电装置。光伏发电与传统发电相比有着极为明显的优势，其无需消耗传统能源，如煤炭、石油等，而其与水力发电以及风力发电相比所需要的工作条件更为简单。同时，光伏发电系统效率相较于传统发电方式更高，这也使得光伏发电技术成为了当前全球能源短缺环境下最受人们重视的能源开发技术之一。

1、光伏发电技术

太阳能是我们所能接触到的最为重要的能源，因为地球上所有的能源归根结底都是由太阳能转化而来。比如说我们使用的煤炭与石油，是由古生物遗体经过一系列理化过程变化而来，能量的主要来源是古生物的生物质能，而古生物的生物质能又是有太阳能转化而来。由此我们可以看出太阳能对于人类生活发展的重要性。自人类社会步入电气化时代之后，电力成为了人类日常生活以及生产发展中最为重要的能源之一。在过去，人类发电往往使用火力发电，这种发电方式不但会消耗大量的木材、煤炭、石油等资源，发电效率较低，而且在焚烧过程中会对环境造成不可逆转的破坏。在科学技术经过长时间发展进步之后，人们开始尝试使用新型发电方式来代替火力发电，因而产生了风力发电、水力发电以及核发电等技术。在其中，太阳能发电技术可以说有着不可动摇的重要地位。

太阳能转化为电能主要依靠的是光伏元件，光伏元件是一种半导体元件，也是一种光敏电学元件，在受到光线照射的时候就会在元件两极产生电压，从而形成电流[1]。一般来说，光伏元件为了能够保证自身性能都会使用半导体材料制成，最常用的材料便是硅。在光伏发电的过程中，光伏元件不需要进行任何移动或是发生反应，只需要接受阳光照射便可以完成发电工作。这也使得其不会在受到损坏的情况下工作很长时间。现在，光伏发电技术已经运用到了我们的生活中，像是平时使用的太阳能手表、太阳能计算器等电子产品，都是通过光伏发电技术作为主要能量来源。而复杂一些的光伏发电元件发电量较大，可以为日常使用的建筑物提供所需电力，甚至可以直接为城市电网进行供电。

2、光伏发电技术面临的困境

光伏发电技术的核心便是光伏元件的制作，根据上文我们知道，光伏元件的制作材料以硅为主，由于硅的特殊物理性质使之在该领域占据极为重要的地位。但是，光伏发电技术属于高尖端技术，其对于光伏元件的精密程度要求极高，而传统的材料处理切割技术很难达到既定要求，这也极大程度上限制了光伏发电技术的进一步发展。若想要制作出合格的光伏元件，则需要耗费大量的人力物力，由此大大提高了光伏发电的成本，使之无法大范围推广并运用至各个领域。

二、激光技术在光伏中的发展趋势

激光以其独特的性能成为了当下光伏产业中应用最为广泛的技术之一。由于现在光伏技术的不断发展，社会生产对于光伏发电系统的需求量越来越大，这也要求光伏产业进一步提升自身的生产效率以及生产质量，同时尽可能的降低生产成本。在这个大背景下，激光技术发挥了重要作用，与传统光伏产业中应用到的技术相比占据着巨大优势。

1、激光技术的应用

激光可以将自身所蕴含的大量能量集中到横截面积很小的范围内释放，极大程度上提高了能量的利用效率，使其可以对较为坚硬的物质进行切割。在光伏元件制造过程中，往往需要使用激光对硅片进行打薄、切割、塑形等基本步骤。同时，激光的高能特性使之具有超高的温度，这可以在工作人员的精密控制下对硅片及附着物质进行灼烧，形成电池边缘掺杂或是对光伏元件表面进行镀膜[2]，提高光伏电池的发电能力与太阳能利用能力，从根本上提升光伏发电技术的效率。除此之外，传统的光伏发电技术进行发电时使用的光源都是自然光，其多由不同色光组成，波长频率跨度范围较大，能力损失也随之提高。在使用这一类光源作为电能转换来源时，发电效率普遍较低。因此可以使用激光源作为主要光源，以此来降低发电成本，提升发电效率。

2、激光技术的优点

激光技术之所以能够在光伏行业中得到广泛应用，最主要的原因是其可以在尽可能减少光伏电池制作成本的同时极大程度上提高光伏电池的发电效率。两个方面一升一降使得光伏发电的经济效益与传统发电技术相比更高。激光技术不但让光伏电池的制作更加简单，同时也在保证生产效率的同时降低了生产流程中材料的损坏率，这从另一个侧面再一次降低了光伏发电的成本。

从生产光伏元件的角度来讲，激光技术与其他生产工艺相比无疑占据了巨大优势。首先，激光的波长可以通过工作人员的调整进行相应的转变。在光伏元件中，虽然最主要的制作材料是以硅为主的半导体材料，但是仍需要部分金属材料以及其他电介质材料才能够完成制作。传统的材料处理工艺在处理不同种类型材料时有着较为明显的缺陷，往往需要临时更换设备，而激光技术则可以根据不同材料对光波的吸收特性改变激光的波长，从而简化生产步骤。其次，硅的理化性质较为稳定，但是在高温较高的情况下仍会与空气中的氧气反应生成二氧化硅；除此之外，虽然硅的硬度较高，但是脆性较大，在受到外力猛烈作用时便会碎裂。这就限制了传统材料处理工艺在光伏产业中的应用。而激光技术使用短波光源或者是脉冲光源时不会产生高热，降低了硅发生变质的概率，同时其对硅材料进行处理时不会有实体机械与硅进行接触，这样减少了硅因机械冲击而发生的损坏，保障了激光技术应用的可靠性。不仅如此，激光的单色性较强，蕴含能量也相