在政府的慷慨補貼和政策的大力扶持下,德國形成了世界上最發(fā)達的太陽能市場,西班牙、日本和美國緊隨其后(加利福尼亞州是美國各項太陽能扶持政策的試點州)。現(xiàn)在所有的人都將目光聚焦在美國新任總統(tǒng)奧巴馬身上,期望其能在新推出的聯(lián)邦財政計劃中,加大對可替代能源(包括太陽能)技術(shù)的投入。
ABB機器人有限公司太陽能行業(yè)全球銷售經(jīng)理Carsten Busch認(rèn)為:“據(jù)我的了解,對于太陽能發(fā)電的利用,美國遲早將成為世界的領(lǐng)頭羊。而具體實現(xiàn)的時間很大程度上要取決于政府的政策。” Busch認(rèn)為2009年太陽能市場的增速將放緩,從前幾年的年增長30%—40%,減緩到15%。雖然增勢放緩例如,但是,太陽能市場發(fā)展的勢頭依然迅猛。
三、四年前,大部分太陽能電池制造企業(yè)的年生產(chǎn)能力都只有10—20MW(兆瓦)/年。短短幾年時間里,許多太陽能電池制造企業(yè)已經(jīng)由原來的小規(guī)模試驗、中規(guī)模試制,逐漸向大規(guī)模批量生產(chǎn)轉(zhuǎn)變,其年生產(chǎn)能力可以達到50—200MW/年。Busch強調(diào)說:“如果企業(yè)下一步想繼續(xù)提高產(chǎn)能,則必須加大生產(chǎn)規(guī)模、提高生產(chǎn)線上的自動化水平。”
提升產(chǎn)能
太陽能電池產(chǎn)能的大幅提升,與新技術(shù)、新工藝的采用有著非常大的關(guān)系。美國Evergreen Solar 公司工藝總監(jiān)Dan Welch專門闡述了Evergreen Solar 公司的發(fā)展歷程來佐證此觀點。
美國Evergreen Solar 公司成立于1994年,其開發(fā)了著名的低成本硅片生產(chǎn)技術(shù)——String Ribbon技術(shù)(由麻省理工學(xué)院的學(xué)者艾曼紐爾•薩克斯發(fā)明),該技術(shù)的應(yīng)用使得太陽能電池生產(chǎn)的產(chǎn)能得到了大幅度的提高。
Evergreen Solar曾在Marlboro設(shè)立了一個前沿研發(fā)中心,多年來,其年生產(chǎn)能力一直維持在15MW/年的水平上。大約四年前,隨著新任首席執(zhí)行官大刀闊斧的改革,新技術(shù)、新工藝的不斷商業(yè)化,太陽能電池的產(chǎn)能再一次得到了大幅的提升。
近年,為了發(fā)展的需要Evergreen Solar與德國Q-Cells AG和挪威REC(Renewable Energy Corp ASA)兩個世界頂級太陽能產(chǎn)品制造商的形成了三方合作關(guān)系,共同合資建立了EverQ公司。EverQ合資公司建于德國Thalheim,2006年第一條生產(chǎn)線正是投入使用,可實現(xiàn)晶圓、電池的生產(chǎn)以及電池板的組裝,年產(chǎn)量達30MW/年。隨后的2007年第二條年產(chǎn)量達60MW/年的生產(chǎn)線投入使用。目前,第三條年產(chǎn)量達80MW/年的生產(chǎn)線也正在建設(shè)中,預(yù)計今年年內(nèi)投入使用。
而且,與此同時,Evergreen Solar還在美國本土馬薩諸塞州的Devens設(shè)立了獨資工廠。該獨資工廠設(shè)計產(chǎn)能為160MW,一期工程產(chǎn)能為80MW,預(yù)計一季度末實現(xiàn)滿負(fù)荷生產(chǎn);二期也為80MW,預(yù)計二季度末實現(xiàn)滿負(fù)荷生產(chǎn)。
大多數(shù)太陽能制造企業(yè)僅僅涉足太陽能電池生產(chǎn)中晶圓生長(wafer growth)、晶片制造和模組封裝三大生產(chǎn)環(huán)節(jié)之一。而Evergreen Solar公司不僅能實現(xiàn)三大環(huán)節(jié)的全集成制造,還在三大生產(chǎn)環(huán)節(jié)中全面采用了機器人制造技術(shù)。
Evergreen Solar公司的資深技工Peter Kane介紹了生產(chǎn)線上機器人技術(shù)的使用情況。在整個生產(chǎn)流程中,Evergreen Solar公司選用了的大量標(biāo)準(zhǔn)的商業(yè)化工業(yè)機器人,以及針對特殊工藝流程的專屬機器人。例如;使用專利String Ribbon技術(shù)的晶圓生長工藝:首先,用兩根高溫絲直插于硅熔液中;然后,經(jīng)過一定時間,熔化的硅在兩根絲之間凝固,從而形成80mm(毫米)寬、 190微米厚的帶狀晶圓;當(dāng)帶狀晶圓的生長到150mm長時,機器人會依據(jù)預(yù)先設(shè)定的程序,將其切斷,并放入運輸帶中。此操作過程中,選用的就是專屬自定義機械手。
柔性制造
Kane分別闡述了在太陽能電池制造各個工藝流程中使用機器人的優(yōu)勢。
在太陽能晶片制造過程中,需要對晶圓進行一系列的化學(xué)處理。而化學(xué)處理工藝成敗的關(guān)鍵在于是否能實現(xiàn)晶圓在數(shù)臺設(shè)備間的靈活傳送。此工藝若沒有高速機器人的協(xié)助是不可能完成。Welch說:“我們在Devens的工廠年產(chǎn)量為160MW/年,每周晶圓的產(chǎn)量為2百萬片。如果生產(chǎn)中我們用人工操作代替機器人,則根本不可能達到現(xiàn)有的產(chǎn)能,也不可能保證生產(chǎn)的連續(xù)性。”
Welch還說:“如果晶片生產(chǎn)中,真的使用人工處理的方法,那生產(chǎn)情況將不能想象。”極薄的太陽能晶圓非常脆弱,極易損壞。如果真的采用人工方法處理,則破損率將相當(dāng)?shù)母摺_x用柔性機器人技術(shù)就可以很好的解決這個難題。包括ABB, Adept在內(nèi)的多家機器人制造商的柔性機器人技術(shù),選用的都是伯努利(Bernoulli)夾鉗技術(shù)。伯努利夾鉗技術(shù)依據(jù)的是伯努利(Bernoulli)效應(yīng),即利用高速氣流將晶圓懸浮于夾鉗之上,從而形成非接觸式的晶圓加工模式。