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(xué)技術(shù)的不斷進(jìn)步正在高速發(fā)展，應(yīng)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(yīng)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(jìn)行探究，以促進(jìn)激光技術(shù)在光伏產(chǎn)業(yè)中的應(yīng)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(dāng)前最為重要的高尖端科學(xué)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(qiáng)。不僅如此，激光往往具有更好地方向性，并且亮度較強(qiáng)，所蘊(yùn)含的能量通常較高，故其所能夠應(yīng)用的領(lǐng)域比普通光源要更加廣泛。尤其是當(dāng)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(yùn)含的能量集中到很小的范圍內(nèi)，這也使得當(dāng)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(shí)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(fēng)力發(fā)電相比所需要的工作條件更為簡單。同時(shí)，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(dāng)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?yàn)榈厍蛏纤械哪茉礆w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(shí)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(xué)技術(shù)經(jīng)過長時(shí)間發(fā)展進(jìn)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(fēng)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(dǎo)體元件，也是一種光敏電學(xué)元件，在受到光線照射的時(shí)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(dǎo)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(jìn)行任何移動或是發(fā)生反應(yīng)，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(shí)間?，F(xiàn)在，光伏發(fā)電技術(shù)已經(jīng)運(yùn)用到了我們的生活中，像是平時(shí)使用的太陽能手表、太陽能計(jì)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(fù)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(jìn)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(dá)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(jìn)一步發(fā)展。若想要制作出合格的光伏元件，則需要耗費(fèi)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(yùn)用至各個(gè)領(lǐng)域。

二、激光技術(shù)在光伏中的發(fā)展趨勢

激光以其獨(dú)特的性能成為了當(dāng)下光伏產(chǎn)業(yè)中應(yīng)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(jìn)一步提升自身的生產(chǎn)效率以及生產(chǎn)質(zhì)量，同時(shí)盡可能的降低生產(chǎn)成本。在這個(gè)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(yīng)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(yīng)用

激光可以將自身所蘊(yùn)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(jiān)硬的物質(zhì)進(jìn)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(jìn)行打薄、切割、塑形等基本步驟。同時(shí)，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(jìn)行灼燒，形成電池邊緣摻雜或是對光伏元件表面進(jìn)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(jìn)行發(fā)電時(shí)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(shí)，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(diǎn)

激光技術(shù)之所以能夠在光伏行業(yè)中得到廣泛應(yīng)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(shí)極大程度上提高光伏電池的發(fā)電效率。兩個(gè)方面一升一降使得光伏發(fā)電的經(jīng)濟(jì)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(shí)也在保證生產(chǎn)效率的同時(shí)降低了生產(chǎn)流程中材料的損壞率，這從另一個(gè)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(jìn)行相應(yīng)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(dǎo)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(shí)有著較為明顯的缺陷，往往需要臨時(shí)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(yīng)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(shí)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(yīng)用。而激光技術(shù)使用短波光源或者是脈沖光源時(shí)不會產(chǎn)生高熱，降低了硅發(fā)生變質(zhì)的概率，同時(shí)其對硅材料進(jìn)行處理時(shí)不會有實(shí)體機(jī)械與硅進(jìn)行接觸，這樣減少了硅因機(jī)械沖擊而發(fā)生的損壞，保障了激光技術(shù)應(yīng)用的可靠性。不僅如此，激光的單色性較強(qiáng)，蘊(yùn)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(jìn)了光伏發(fā)電的效率。最后，除了對硅進(jìn)行切割操作之外，激光更能夠?yàn)楣夥M(jìn)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(qiáng)，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(dāng)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(yīng)用范圍不斷擴(kuò)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(yīng)用將會越來越廣泛，以此來促進(jìn)光伏發(fā)電的進(jìn)一步發(fā)展。從當(dāng)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(gè)重要生產(chǎn)工藝，并將成為快速實(shí)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(jià)格低廉的新型能源成為當(dāng)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(shí)際應(yīng)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(yīng)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(jìn)行大力扶持，同時(shí)根據(jù)其在我國實(shí)際發(fā)展情況定下相關(guān)指標(biāo)，敦促光伏發(fā)電技術(shù)的進(jìn)一步更新?lián)Q代。相信在未來的時(shí)間里，光伏發(fā)電技術(shù)將會應(yīng)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(xiàng)事業(yè)貢獻(xiàn)出極大的力量。

參考文獻(xiàn)：

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