道康宁公司（Dow Corning）用一种全自动激光系统生产应用于光伏行业的硅基太阳能电池。这种兼具科研用途、被称为“微型工厂”的激光系统占用空间特别小，所执行的作业通常是需要多级激光工作站才能完成。

如果有人想知道光伏电池将来是如何生产出来的，就应去比利时的瑟内夫（Seneffe）看一看。在那里，全球化工业巨头道康宁公司正致力于研究多晶硅光伏电池的生产工艺。做此研究的核心工具就是集成了所有相关生产步骤而且占用空间非常小的激光工作站。其功能是有选择地、精确地剥离硅晶圆上的功能性涂层，打出几千个贯通整个硅晶圆的穿孔，再修剪硅晶圆的边缘，最后刻上 Data Matrix 码。

各种不同的工艺步骤通常需要由多个制造阶段完成，而每个阶段需要不同的激光器。但是，正如道康宁公司太阳能电池部门负责人解释的那样：“现代的太阳能电池生产正越来越多地使用激光工艺。因此，我们想要一种激光工作站用于研发项目，它既要可以完成目前已经在行业内广泛应用的激光工艺，同时又要具备足够的研究灵活性，将更先进的激光工艺应用到太阳能技术上。”基于这样的想法，道康宁公司项目经理给通快集团打了一次电话。

通快集团负责这个项目的工程师对当时的情形回忆道：“这个想法很诱人，而且我们确信可以制定出一个激光部件的解决方案。但是我们需要一个全套系统合作厂商，它必须能够设计出十分复杂的激光技术自动化解决方案。”

集三项功能于一身 
通快集团的项目工程师给比利时的艾普特（IPTE）公司打了个电话。这家工业自动化解决方案供应商已经和通快集团合作了很多自动化项目了。他的电话是由艾普特公司业务拓展经理接的：“我们非常熟悉这些生产步骤，因为我们在光伏产业开展了很多项目。把一整个工厂集成到尽量小的空间内并实现微米级别的精确控制，我们对这个挑战很有兴趣。” 

 

 

为了使这种激光系统确实能够涵盖以激光技术生产太阳能电池的所有生产步骤，并且为将来的研发工作提供足够的灵活施展空间，道康宁公司在项目任务书中要求项目合作商发射3种波长的激光且不多于两种光源：1030 nm（红外），515 nm（绿）和 343 nm（紫外线）。道康宁公司表示，“此外我们想进一步调制激光，使激光脉冲长度达到纳秒和皮秒级别。只有这样，激光束才能烧蚀各种基底，同时仍有足够的能量将材料切开” 。这样设计的目的是，使整个加工步骤保持灵活性。
通快集团的产品应用工程师建议使用两种激光源，其中一个激光源是激光打标机。TruMark 系列激光打标机性能可靠、结构紧凑，选择其它的产品毫无意义可以发射出波长 532nm 的绿色纳秒激光毫无疑问十给硅晶圆打标得理想工具。   

 

第二种激光源是 TruMicro 5000 系列超短脉冲激光器，承担了主要的加工任务。它能发射波长不超过 10 皮秒、脉冲能量高达 250 微焦和平均输出功率 100 瓦的激光。这样的性能参数就可以使激光转化为绿色激光和紫外线激光，方便进行作业。通快集团以它为基础制定出了三种频率解决方案。位于德国凯泽斯劳滕的 Xiton Photonics与通快集团合作研制出一种“盒子”，在这里起到了激光频率转换器的作用。它既可以让红外线激光直接通过，也可以根据要求将激光脉冲转化为绿光或者紫外线激光，每种激光束都能被输送到各自独立的扫描镜头中。 

高精度的系统工程  
为了控制盒子、扫描仪和整套激光系统，艾普特公司制定了一套特殊的自动化解决方案。艾普特公司表示：“我们面临的最大挑战就是将硅晶圆定位在激光器下面时必须满足精度的要求”。有时，这种无所不能的激光系统必须以小于 10 微米的精度定位硅晶圆，但是同时也要能加工各种各样规格的硅晶圆。

艾普特公司的小组决定采用一个高精度的图像采集系统。斯密尔斯对这个系统的基本构思阐述道：“只要机器能够识别输送进来的是何工件及其位置，那么工件的形状就不重要了”。用于采集图像的摄像机具有 12x12 兆像素的分辨率，用于定位的驱动装置使用了可以精确调节的电机和高精度编码器。为了确保该系统的高精度工作不受外部因素的干扰，艾普特公司将人对该系统的干预限制在只能通过用户友好型界面对工艺步骤进行编程，以及人工向机器输送新的硅晶圆。这就是这个“微型工厂”与其它大型机器的明显区别：对于大型机器，艾普特公司同样也将硅晶圆的进料过程实现了自动化。

自 2012 年秋天以来，这套激光系统一直在研究中心运行。对于为什么必须采用激光设备这个问题，该太阳能电池部门负责人的解释是，道康宁公司将其视为光伏产业未来必备的工具。“激光器非常灵活、快速、可靠。且易于控制，确保实现可重现的工艺流程。而且与其它可想到的替代方案相比，激光器的占用空间和整体设备拥有成本都具有优势，” 他表示：“对于生产先进的太阳能电池而言，激光器是必不可少的工具。”这个道理不仅适用于大规模生产的工艺，同样也适用于道康宁公司研究新型工艺的这个微型工厂。艾普特公司表示：“我们和通快集团提供了一种十分灵活的工具，可以应用于许多不同的工艺步骤，这是一件多么令人兴奋的事情。”