Ključna uloga laserske tehnologije u proizvodnji fotonaponskih ćelija

Kako industrija fotonaponske (PV) energije nastavlja težiti većoj efikasnosti konverzije i nižim troškovima proizvodnje, procesna tehnologija postala je odlučujući faktor u performansama i skalabilnosti ćelija. Od PERC-a do TOPCon-a i HJT-a, pa dalje prema perovskitnim i tandem solarnim ćelijama, arhitekture ćelija postaju sve složenije, dok se procesni prozori smanjuju. U okviru ove evolucije, laserska tehnologija se prebacila iz pomoćnog alata u osnovnu proizvodnu sposobnost koja podupire više generacija visokoefikasnih PV ćelija.

U PERC proizvodnim linijama, laserska ablacija omogućava mikronsko oblikovanje pasivizacijskih slojeva kako bi se formirali stabilni lokalni kontakti. U TOPCon proizvodnji, lasersko dopiranje borom se široko smatra ključnim putem ka efikasnosti ćelija koja prelazi 26%. U novim perovskitnim i tandem ćelijama, lasersko graviranje direktno određuje da li je moguća proizvodnja velike površine i visoke ujednačenosti. Zahvaljujući svojoj beskontaktnoj prirodi, visokoj preciznosti i minimalnoj zoni uticaja toplote, laserska tehnologija postala je nezamjenjiv faktor za poboljšanje efikasnosti i pouzdanosti proizvodnje u fotonaponskoj industriji.

Laserska tehnologija kao zajednička osnova za naprednu proizvodnju fotonaponskih sistema

Kako ćelijske tehnologije napreduju, proizvođači se suočavaju s nekoliko zajedničkih izazova: finijim strukturnim karakteristikama, osjetljivijim materijalima i sve strožim zahtjevima za prinos. Laserska obrada rješava ove izazove jedinstvenom kombinacijom mogućnosti:
* Beskontaktna obrada, izbjegavajući mehanička naprezanja i mikropukotine
* Prostorna kontrola na mikronskom nivou, pogodna za fine i složene ćelijske strukture
* Lokalizirani, ultrakratki unos energije, minimizirajući termalna oštećenja
* Visoka kompatibilnost s automatizacijom i digitalnim upravljanjem procesima
Ovi atributi čine lasersku tehnologiju vrlo svestranom i nadogradivom procesnom platformom, primjenjivom od konvencionalnih kristalnih silicijumskih ćelija do tandemskih arhitektura sljedeće generacije.

Ključne laserske primjene u glavnim ćelijskim tehnologijama
1. PERC ćelije: Zreli model laserske obrade
Industrijski uspjeh PERC (Passivated Emitter and Rear Cell) tehnologije usko je povezan s laserskom obradom velikih razmjera. Laserska ablacija se koristi za selektivno otvaranje sloja pasivizacije aluminijevog oksida na stražnjoj strani, formirajući lokalne kontakte na stražnjoj površini uz očuvanje performansi pasivizacije.
Osim toga, dopiranje laserskim selektivnim emiterom (SE) omogućava lokalizirano jako dopiranje ispod prednjih kontakata, smanjujući kontaktni otpor i obično poboljšavajući efikasnost ćelije za oko 0,3%. Zrelost i stabilnost ovih laserskih procesa podržali su dugoročnu masovnu proizvodnju i tržišnu dominaciju PERC ćelija.

2. TOPCon ćelije: Lasersko dopiranje borom kao revolucionarni proces
TOPCon (Tunnel Oxide Passivated Contact) ćelije koriste silicijumske pločice N-tipa, nudeći inherentne prednosti u selektivnosti nosioca i električnim performansama. Međutim, konvencionalna difuzija bora na bazi visokotemperaturnih peći predstavlja izazove, uključujući visoku potrošnju energije, sporiji protok i povećan rizik za integritet tunelskog oksida.
Lasersko dopiranje borom omogućava lokalizirano, ultrabrzo zagrijavanje, što atomima bora omogućava selektivnu difuziju u određena područja bez izlaganja cijele pločice visokim temperaturama. Ovaj pristup značajno smanjuje kontaktni otpor uz održavanje kvalitete pasivizacije i široko se smatra ključnim procesom za podizanje efikasnosti TOPCon-a iznad 26%.

3. HJT ćelije: Laserski indukovano žarenje za optimizaciju interfejsa
HJT (heterospojne) ćelije se oslanjaju na slojeve amorfnog silicija za odličnu pasivizaciju površine. Međutim, defekti na površini, poput visećih veza, i dalje mogu dovesti do rekombinacije nosilaca naboja.
Laserski inducirano žarenje (LIA) koristi kontrolirano lasersko zračenje za aktiviranje migracije vodika na granici amorfnog/kristalnog silicija, popravljajući defekte in situ. Pokazalo se da ovaj proces poboljšava napon otvorenog kola (Voc) i faktor punjenja (FF), što ga čini praktičnom metodom za optimizaciju efikasnosti visokotlačnog tranzistora (HJT).

4. Perovskitne i tandemske ćelije: Lasersko graviranje za skalabilnu integraciju
U perovskitnim i perovskit/silicijum tandem ćelijama, laserska obrada nije samo proizvodni alat već i strukturni omogućavač. Standardni koraci laserskog graviranja P1, P2 i P3 definiraju segmentaciju elektroda, izolaciju podćelija i serijsko međusobno povezivanje.
S obzirom na krhku prirodu i raznoliku termičku stabilnost funkcionalnih slojeva, laserska obrada - sa svojim beskontaktnim i visokopreciznim karakteristikama - je ključna za postizanje visoke efikasnosti i ujednačenosti u uređajima velike površine. Kao rezultat toga, lasersko graviranje se smatra jednim od osnovnih procesa za industrijalizaciju tandemskih ćelija.

Općenamjenski laserski procesi za smanjenje troškova i poboljšanje prinosa
Pored specifičnih primjena za ćelije, laserska tehnologija također podržava nekoliko višeplatformskih proizvodnih koraka:
* Laserski transfer mreže: Omogućava finije elektrode i poboljšanu konzistenciju u poređenju sa sitotiskom, značajno smanjujući potrošnju srebrne paste, posebno u procesima na niskim temperaturama kao što je HJT.
* Lasersko rezanje bez oštećenja: Omogućava preciznu obradu polućelijskih i višestrukih rezova sa smanjenim rizikom od mikropukotina, poboljšavajući izlaznu snagu modula.
* Izolacija i pasivizacija laserske ivice: Popravlja oštećenja ivica nakon rezanja, smanjujući gubitke rekombinacije i doprinoseći povećanju efikasnosti na nivou modula.
Ovi opći laserski procesi igraju važnu ulogu u smanjenju troškova po vatu, a istovremeno poboljšavaju ukupni prinos proizvodnje.

Termalno upravljanje : Osnova stabilne laserske obrade
Kako se proizvodnja fotonaponskih sistema kreće prema većem protoku i dugotrajnom kontinuiranom radu, stabilnost laserskog procesa sve više zavisi od precizne termičke kontrole. Čak i manje fluktuacije u laserskom izlazu mogu direktno uticati na otpor kontakta, gustinu defekata ili konzistentnost širine linije.
U proizvodnim okruženjima, laserski izvori i optičke komponente rade pod stalnim termičkim opterećenjima. Pouzdani sistemi za hlađenje i kontrolu temperature su stoga neophodni za održavanje stabilnosti laserske energije, minimiziranje drifta snage i osiguranje ponovljivih rezultata obrade. Efikasno termičko upravljanje laserskim izvorima, energetskim modulima i optičkim sklopovima direktno doprinosi većem prinosu i robusnosti procesa, posebno za TOPCon, HJT i tandem ćelije sa užim procesnim marginama.
Industrijska rješenja za kontrolu temperature razvijena za primjenu lasera velike snage nastavljaju se razvijati prema većoj stabilnosti, bržem odzivu i dugoročnoj operativnoj pouzdanosti, pružajući čvrstu osnovu za naprednu proizvodnju fotonaponskih sistema.

Zaključak
Od komercijalizacije PERC ćelija velikih razmjera do brzog usvajanja TOPCon i HJT tehnologija, pa sve do istraživanja tandemskih arhitektura, laserska tehnologija dosljedno prolazi kroz najkritičnije korake proizvodnje fotonaponskih ćelija. Iako ne definira teorijsku granicu efikasnosti, ona snažno određuje da li se ta efikasnost može proizvesti dosljedno, kontrolirano i u velikim razmjerima.
Kako industrija fotonaponske energije napreduje ka većoj efikasnosti i pouzdanosti proizvodnje, laserska obrada, zajedno sa podrškom na nivou sistema koja osigurava njenu stabilnost, ostat će osnovni pokretač tehnološkog napretka i industrijske modernizacije.