由于世界范圍內(nèi)的原材料越來越短缺，同時(shí)對(duì)于促進(jìn)環(huán)境友好的能源生產(chǎn)的呼聲越來越強(qiáng)烈，導(dǎo)致太陽能電池工業(yè)的發(fā)展在迅猛增長。如果說這種電池迄今為止主要是手工或半自動(dòng)化生產(chǎn)，那么隨著機(jī)器人技術(shù)的不斷進(jìn)步，將來會(huì)越來越多地實(shí)現(xiàn)全自動(dòng)化生產(chǎn)。

　　僅在德國這個(gè)由于高額資助費(fèi)用而成為世界最大和增長最快的市場上，每年（以2007年計(jì)）能夠生產(chǎn)總共1.5 GW的光電太陽能電池。迄今為止，各種太陽能電池生產(chǎn)設(shè)備的生產(chǎn)能力僅為15～20MW。如今已經(jīng)設(shè)計(jì)出了生產(chǎn)能力為100～150MW的設(shè)備，而且部分已經(jīng)建造成功，這些設(shè)備需要的投資達(dá)到3.5億歐元。幾年后將建成生產(chǎn)能力可達(dá)1.2 GW的設(shè)備，這種功率的躍升如果沒有自動(dòng)化是不可能實(shí)現(xiàn)的。

　　建立太陽能技術(shù)新領(lǐng)域

　　Augsburg市Kuka Systems公司意識(shí)到這種局面，自2006年6月開始涉足太陽能技術(shù)這個(gè)新型業(yè)務(wù)領(lǐng)域。根據(jù)在汽車工業(yè)中擁有的廣泛自動(dòng)化經(jīng)驗(yàn)，目標(biāo)從一開始就定為：通過全面的自動(dòng)化做出更大的成就，以便能夠大幅度地降低產(chǎn)品成本。如果說太陽能電池在2004年的生產(chǎn)成本在4歐元/W，那么現(xiàn)在已經(jīng)能夠降低到1.5歐元以下，而且2010年極有可能明顯地降到1歐元/W以下（大約0.7歐元/W）。

　　圖2  機(jī)器人用相應(yīng)的抓具將薄膜放在玻璃板上

　　Kuka Systems公司是這個(gè)領(lǐng)域里的成套供貨商，可以根據(jù)客戶的需求提供交鑰匙服務(wù)，并且還可以自主運(yùn)營。報(bào)價(jià)主要包括設(shè)計(jì)和工程、項(xiàng)目管理以及質(zhì)量管理、設(shè)備制造，也包括機(jī)器人電池、裝置和配備以及售后服務(wù)和維護(hù)。圖1和圖2分別顯示的是機(jī)器人正在做功率測試以及機(jī)器人用相應(yīng)的抓具將薄膜放在玻璃板上。

　　Kuka Systems公司向模塊制造生產(chǎn)廠商既提供單獨(dú)的自動(dòng)化方案，如基于機(jī)器人的太陽能電池塊，其中涉及如玻璃的操作、薄膜的鋪疊、質(zhì)量檢測、橫向釬焊或者外框架等，也提供成套的自動(dòng)化設(shè)備。在硅片模塊技術(shù)方面，包括切塊、制片到模塊；在薄層技術(shù)方面，包括從加壓到涂抹、模塊。

　　汽車制造方面知名且復(fù)雜的機(jī)器人加工島，部分也稱作機(jī)器人園區(qū)，也適用于太陽能電池工業(yè)。太陽能電池機(jī)器人生產(chǎn)線甚至可以在10s內(nèi)制造出包括電氣連接的大型太陽能電池模塊。即使在極高的速度下，這樣一套設(shè)備也可以在1h內(nèi)絕對(duì)可靠而精確地搬動(dòng)10t玻璃。如果考慮到每塊玻璃板很薄，而且也相當(dāng)敏感，那么這就是一項(xiàng)巨大的工作。

　　優(yōu)化制造過程

　　工程師們不僅打算提供更多的自動(dòng)化，還千方百計(jì)地對(duì)制造過程本身進(jìn)行優(yōu)化。在一項(xiàng)新型的外框架方案中，鋁外框需要采用機(jī)器人安裝在太陽能電池模塊上，這項(xiàng)技術(shù)兩度得以落實(shí)。另一項(xiàng)挑戰(zhàn)是機(jī)器人貼膠帶，機(jī)器人能夠自動(dòng)而準(zhǔn)確地把膠帶粘貼在電池模塊上。

　　首先是由于在汽車制造方面具有全面的經(jīng)驗(yàn)，由于公司在焊接、粘貼、密封、組裝和測試方面具有良好的聲譽(yù)，因此在第一個(gè)全額太陽能業(yè)務(wù)年度，2007年就以太陽能技術(shù)取得了3000萬歐元的銷售額。Kuka Systems公司預(yù)計(jì)2008年銷售額將達(dá)到1億歐元。而且，這個(gè)新的業(yè)務(wù)領(lǐng)域使這家機(jī)器人制造廠商在不單純依靠汽車制造業(yè)務(wù)方面又邁出了一大步。

　　成績斐然

　　太陽能技術(shù)項(xiàng)目主管Elisabeth Sch?rtl從一開始就參與此事，著重強(qiáng)調(diào)了要求極高，同時(shí)突出強(qiáng)調(diào)了設(shè)備和機(jī)器的質(zhì)量、速度以及精度。產(chǎn)品部經(jīng)理Albert Vontz先生對(duì)其說法做了補(bǔ)充，并強(qiáng)調(diào)說：“在太陽能電池制造方面，只有極高的精度，才能保證電池模塊在20多年的時(shí)間里具有持續(xù)工作的高效率?！保▓D3）

　　圖3  Kuka Systems公司的太陽能產(chǎn)品部主管Albert Vontz先生說：“在制造太陽能電池時(shí)只有很高的精度才能保證持久的高效率。”

　　Kuka Systems公司對(duì)待太陽能技術(shù)這項(xiàng)業(yè)務(wù)究竟有多認(rèn)真？取得了多大的成功？迄今為止，有關(guān)每年制造總功率達(dá)450 MW的生產(chǎn)設(shè)備的訂單就是明證。和美國Spire公司一道，2007年推出了一套年功率達(dá)100 MW的自動(dòng)生產(chǎn)設(shè)備。此外， Kuka Systems公司在歐洲也已經(jīng)與最著名的制造廠商，如Schott Solar、Oerlikon Solar以及CIS-Solartechnik等公司開始合作。

　　新技術(shù)嶄露頭角

　　特別值得一提的是，剛剛嶄露頭角的CIS-CIS太陽能技術(shù)，采用化學(xué)元素銅（Cu）、銦（In）和硒（Se）。如果這家Bremerhavener公司取得突破，太陽能技術(shù)就可能發(fā)生一場革命。在上述化學(xué)元素的基礎(chǔ)上，CIS研發(fā)出了薄膜太陽能電池，和硅相比，生產(chǎn)這種電池需要的半導(dǎo)體材料和能源較少。最終，不僅大幅降低制造成本，而且和目前的產(chǎn)品相比也可以大大提高CIS太陽能電池的環(huán)境效益。這家公司在制造時(shí)主要采用非真空法，即采用更簡單的技術(shù)工作，并且采用靈活的金屬薄膜作為載體材料。這將成為新型太陽能電池簡單快速定徑的制造過程的理想前提條件。

　　CIS太陽能電池的功能層是逐層依次置于載體帶上的。在目前的示范生產(chǎn)線上，載體帶的寬度約為4cm，最大長度約有2000m，是卷繞在卷軸上的。載體帶上不停地涂層，直到制成成品太陽能帶為止。

　　采用的電鍍法具有很高的制造半導(dǎo)體的材料產(chǎn)出量，這種方法不需要超凈化車間環(huán)境。其他的工藝如制造背面觸點(diǎn)和窗戶層的工藝，目前在技術(shù)上還不能利用非真空工藝進(jìn)行復(fù)制，所以這些方面仍然使用傳統(tǒng)的噴射技術(shù)。今后這些方面也將采用成本更低的替代方法。

　　涂層工序之后，太陽能帶裝配表面接點(diǎn)線（Grid），做成不同尺寸（寬4cm，長5~60cm）和不同功率的太陽能電池。

　　2009年年底將建成30 MW的生產(chǎn)設(shè)備，這肯定也要由Kuka公司負(fù)責(zé)必要的自動(dòng)化工程。

圖1  機(jī)器人正在做功率測試：借助測到的能量功率將太陽能模塊分到相應(yīng)的盒子中