道康寧公司（Dow Corning）用一種全自動激光系統(tǒng)生產應用于光伏行業(yè)的硅基太陽能電池。這種兼具科研用途、被稱為“微型工廠”的激光系統(tǒng)占用空間特別小，所執(zhí)行的作業(yè)通常是需要多級激光工作站才能完成。

如果有人想知道光伏電池將來是如何生產出來的，就應去比利時的瑟內夫（Seneffe）看一看。在那里，全球化工業(yè)巨頭道康寧公司正致力于研究多晶硅光伏電池的生產工藝。做此研究的核心工具就是集成了所有相關生產步驟而且占用空間非常小的激光工作站。其功能是有選擇地、精確地剝離硅晶圓上的功能性涂層，打出幾千個貫通整個硅晶圓的穿孔，再修剪硅晶圓的邊緣，最后刻上 Data Matrix 碼。

各種不同的工藝步驟通常需要由多個制造階段完成，而每個階段需要不同的激光器。但是，正如道康寧公司太陽能電池部門負責人解釋的那樣：“現(xiàn)代的太陽能電池生產正越來越多地使用激光工藝。因此，我們想要一種激光工作站用于研發(fā)項目，它既要可以完成目前已經在行業(yè)內廣泛應用的激光工藝，同時又要具備足夠的研究靈活性，將更先進的激光工藝應用到太陽能技術上。”基于這樣的想法，道康寧公司項目經理給通快集團打了一次電話。

通快集團負責這個項目的工程師對當時的情形回憶道：“這個想法很誘人，而且我們確信可以制定出一個激光部件的解決方案。但是我們需要一個全套系統(tǒng)合作廠商，它必須能夠設計出十分復雜的激光技術自動化解決方案。”

集三項功能于一身 
通快集團的項目工程師給比利時的艾普特（IPTE）公司打了個電話。這家工業(yè)自動化解決方案供應商已經和通快集團合作了很多自動化項目了。他的電話是由艾普特公司業(yè)務拓展經理接的：“我們非常熟悉這些生產步驟，因為我們在光伏產業(yè)開展了很多項目。把一整個工廠集成到盡量小的空間內并實現(xiàn)微米級別的精確控制，我們對這個挑戰(zhàn)很有興趣。” 

 

 

為了使這種激光系統(tǒng)確實能夠涵蓋以激光技術生產太陽能電池的所有生產步驟，并且為將來的研發(fā)工作提供足夠的靈活施展空間，道康寧公司在項目任務書中要求項目合作商發(fā)射3種波長的激光且不多于兩種光源：1030 nm（紅外），515 nm（綠）和 343 nm（紫外線）。道康寧公司表示，“此外我們想進一步調制激光，使激光脈沖長度達到納秒和皮秒級別。只有這樣，激光束才能燒蝕各種基底，同時仍有足夠的能量將材料切開” 。這樣設計的目的是，使整個加工步驟保持靈活性。
通快集團的產品應用工程師建議使用兩種激光源，其中一個激光源是激光打標機。TruMark 系列激光打標機性能可靠、結構緊湊，選擇其它的產品毫無意義可以發(fā)射出波長 532nm 的綠色納秒激光毫無疑問十給硅晶圓打標得理想工具。   

 

第二種激光源是 TruMicro 5000 系列超短脈沖激光器，承擔了主要的加工任務。它能發(fā)射波長不超過 10 皮秒、脈沖能量高達 250 微焦和平均輸出功率 100 瓦的激光。這樣的性能參數(shù)就可以使激光轉化為綠色激光和紫外線激光，方便進行作業(yè)。通快集團以它為基礎制定出了三種頻率解決方案。位于德國凱澤斯勞滕的 Xiton Photonics與通快集團合作研制出一種“盒子”，在這里起到了激光頻率轉換器的作用。它既可以讓紅外線激光直接通過，也可以根據要求將激光脈沖轉化為綠光或者紫外線激光，每種激光束都能被輸送到各自獨立的掃描鏡頭中。 

高精度的系統(tǒng)工程  
為了控制盒子、掃描儀和整套激光系統(tǒng)，艾普特公司制定了一套特殊的自動化解決方案。艾普特公司表示：“我們面臨的最大挑戰(zhàn)就是將硅晶圓定位在激光器下面時必須滿足精度的要求”。有時，這種無所不能的激光系統(tǒng)必須以小于 10 微米的精度定位硅晶圓，但是同時也要能加工各種各樣規(guī)格的硅晶圓。

艾普特公司的小組決定采用一個高精度的圖像采集系統(tǒng)。斯密爾斯對這個系統(tǒng)的基本構思闡述道：“只要機器能夠識別輸送進來的是何工件及其位置，那么工件的形狀就不重要了”。用于采集圖像的攝像機具有 12x12 兆像素的分辨率，用于定位的驅動裝置使用了可以精確調節(jié)的電機和高精度編碼器。為了確保該系統(tǒng)的高精度工作不受外部因素的干擾，艾普特公司將人對該系統(tǒng)的干預限制在只能通過用戶友好型界面對工藝步驟進行編程，以及人工向機器輸送新的硅晶圓。這就是這個“微型工廠”與其它大型機器的明顯區(qū)別：對于大型機器，艾普特公司同樣也將硅晶圓的進料過程實現(xiàn)了自動化。

自 2012 年秋天以來，這套激光系統(tǒng)一直在研究中心運行。對于為什么必須采用激光設備這個問題，該太陽能電池部門負責人的解釋是，道康寧公司將其視為光伏產業(yè)未來必備的工具。“激光器非常靈活、快速、可靠。且易于控制，確保實現(xiàn)可重現(xiàn)的工藝流程。而且與其它可想到的替代方案相比，激光器的占用空間和整體設備擁有成本都具有優(yōu)勢，” 他表示：“對于生產先進的太陽能電池而言，激光器是必不可少的工具。”這個道理不僅適用于大規(guī)模生產的工藝，同樣也適用于道康寧公司研究新型工藝的這個微型工廠。艾普特公司表示：“我們和通快集團提供了一種十分靈活的工具，可以應用于許多不同的工藝步驟，這是一件多么令人興奮的事情。”