Klíčová role laserové technologie ve výrobě fotovoltaických článků

Vzhledem k tomu, že fotovoltaický (FV) průmysl nadále usiluje o vyšší účinnost konverze a nižší výrobní náklady, stala se procesní technologie rozhodujícím faktorem výkonu a škálovatelnosti článků. Od PERC přes TOPCon a HJT až po perovskitové a tandemové solární články se architektury článků stávají stále složitějšími, zatímco procesní okna se zužují. V rámci tohoto vývoje se laserová technologie posunula z podpůrného nástroje na klíčovou výrobní kapacitu, která je základem pro několik generací vysoce účinných FV článků.

Ve výrobních linkách PERC umožňuje laserová ablace mikronové strukturování pasivačních vrstev za účelem vytvoření stabilních lokálních kontaktů. Ve výrobě TOPCon je laserové dopování bórem všeobecně považováno za klíčovou cestu k účinnosti článků přesahující 26 %. U nově vznikajících perovskitových a tandemových článků laserové rýhování přímo určuje, zda je dosažitelná velkoplošná a vysoce rovnoměrná výroba. Díky své bezkontaktní povaze, vysoké přesnosti a minimální tepelně ovlivněné zóně se laserová technologie stala nepostradatelným nástrojem pro zlepšení účinnosti a spolehlivosti výroby v celém fotovoltaickém průmyslu.

Laserová technologie jako společný základ pro pokročilou výrobu fotovoltaiky

S rozvojem buněčných technologií čelí výrobci několika společným výzvám: jemnější strukturální prvky, citlivější materiály a stále přísnější požadavky na výtěžnost. Laserové zpracování tyto výzvy řeší jedinečnou kombinací možností:
* Bezkontaktní zpracování, zabraňující mechanickému namáhání a mikrotrhlinám
* Prostorové řízení na mikronové úrovni, vhodné pro jemné a složité buněčné struktury
* Lokální, ultrakrátký energetický vstup minimalizující tepelné poškození
* Vysoká kompatibilita s automatizací a digitálním řízením procesů
Díky těmto vlastnostem je laserová technologie vysoce všestrannou a modernizovatelnou procesní platformou, použitelnou od konvenčních krystalických křemíkových článků až po tandemové architektury nové generace.

Klíčové laserové aplikace v běžných buněčných technologiích
1. PERC články: Zralý model laserového zpracování
Průmyslový úspěch technologie PERC (Passivated Emitter and Rear Cell) je úzce spjat s velkoobjemovým laserovým zpracováním. Laserová ablace se používá k selektivnímu otevření pasivační vrstvy oxidu hlinitého na zadní straně, čímž se vytvářejí lokální kontakty na zadním povrchu a zároveň se zachovává pasivační výkon.
Dopování laserovým selektivním emitorem (SE) navíc umožňuje lokalizované silné dopování pod kontakty na přední straně, což snižuje kontaktní odpor a obvykle zlepšuje účinnost článků přibližně o 0,3 %. Vyspělost a stabilita těchto laserových procesů podpořily dlouhodobou masovou výrobu a dominanci PERC článků na trhu.

2. TOPCon buňky: Laserové dopování bórem jako průlomový proces
Články TOPCon (Tunnel Oxide Passivated Contact) využívají křemíkové destičky typu N, které nabízejí inherentní výhody v selektivitě nosičů náboje a elektrickém výkonu. Konvenční difúze boru ve vysokoteplotní peci však představuje problémy, včetně vysoké spotřeby energie, pomalejšího výkonu a zvýšeného rizika pro integritu tunelového oxidu.
Laserové dopování borem umožňuje lokalizovaný, ultrarychlý ohřev, který umožňuje atomům boru selektivně difundovat do určených oblastí, aniž by byl celý wafer vystaven vysokým teplotám. Tento přístup výrazně snižuje kontaktní odpor a zároveň zachovává kvalitu pasivace a je všeobecně považován za klíčový proces pro zvýšení účinnosti TOPCon nad 26 %.

3. HJT buňky: Laserově indukované žíhání pro optimalizaci rozhraní
HJT (heterojunkční) články se spoléhají na vrstvy amorfního křemíku pro vynikající pasivaci povrchu. Defekty rozhraní, jako jsou volné vazby, však stále mohou vést k rekombinaci nosičů náboje.
Laserem indukované žíhání (LIA) využívá řízené laserové ozařování k aktivaci migrace vodíku na rozhraní amorfního/krystalického křemíku a opravuje defekty in situ. Bylo prokázáno, že tento proces zlepšuje napětí naprázdno (Voc) a činitel plnění (FF), což z něj činí praktickou metodu pro optimalizaci účinnosti vysokotlakého tranzistorového transformátoru (HJT).

4. Perovskitové a tandemové články: Laserové rytí pro škálovatelnou integraci
V perovskitových a perovskitovo-křemíkových tandemových článcích není laserové zpracování jen výrobním nástrojem, ale také strukturálním prvkem. Standardní kroky laserového rýsování P1, P2 a P3 definují segmentaci elektrod, izolaci subčlánků a sériové propojení.
Vzhledem ke křehké povaze a proměnlivé tepelné stabilitě funkčních vrstev je laserové zpracování – s jeho bezkontaktními a vysoce přesnými vlastnostmi – nezbytné pro dosažení vysoké účinnosti a uniformity u velkoplošných zařízení. V důsledku toho je laserové rýsování považováno za jeden z klíčových procesů pro industrializaci tandemových buněk.

Univerzální laserové procesy pro snížení nákladů a zvýšení výtěžnosti
Kromě aplikací specifických pro buňky podporuje laserová technologie také několik multiplatformních výrobních kroků:
* Přenos mřížky na bázi laseru: Umožňuje jemnější elektrody a lepší konzistenci ve srovnání se sítotiskem, což výrazně snižuje spotřebu stříbrné pasty, zejména u nízkoteplotních procesů, jako je HJT.
* Laserové řezání bez poškození: Umožňuje přesné zpracování poločlánků a vícenásobných řezů se sníženým rizikem mikrotrhlin, což zlepšuje výkon modulu.
* Izolace a pasivace hran laserem: Opravuje poškození hran po řezání, snižuje ztráty rekombinací a přispívá ke zvýšení účinnosti na úrovni modulů.
Tyto obecné laserové procesy hrají důležitou roli ve snižování nákladů na watt a zároveň zlepšují celkovou výtěžnost výroby.

Tepelný management : Základ stabilního laserového zpracování
S tím, jak se výroba fotovoltaiky posouvá směrem k vyšší propustnosti a dlouhodobému nepřetržitému provozu, se stabilita laserového procesu stává stále více závislou na přesné regulaci teploty. I malé výkyvy laserového výkonu mohou přímo ovlivnit kontaktní odpor, hustotu defektů nebo konzistenci šířky čáry.
Ve výrobním prostředí pracují laserové zdroje a optické komponenty pod trvalým tepelným zatížením. Spolehlivé systémy chlazení a regulace teploty jsou proto nezbytné pro udržení stability laserové energie, minimalizaci výkonového driftu a zajištění opakovatelných výsledků zpracování. Efektivní tepelná regulace laserových zdrojů, výkonových modulů a optických sestav přímo přispívá k vyššímu výtěžku a robustnosti procesu, zejména u TOPCon, HJT a tandemových buněk s užšími procesními rezervami.
Průmyslová řešení pro regulaci teploty vyvinutá pro aplikace s vysoce výkonnými lasery se neustále vyvíjejí směrem k větší stabilitě, rychlejší odezvě a dlouhodobé provozní spolehlivosti, což poskytuje pevný základ pro pokročilou výrobu fotovoltaiky.

Závěr
Od rozsáhlé komercializace PERC článků přes rychlé přijetí technologií TOPCon a HJT až po zkoumání tandemových architektur, laserová technologie důsledně prochází nejdůležitějšími kroky výroby fotovoltaických článků. I když nedefinuje teoretický limit účinnosti, silně určuje, zda lze této účinnosti dosahovat konzistentně, kontrolovatelně a v dostatečném měřítku.
S postupem fotovoltaického průmyslu směrem k vyšší efektivitě a větší spolehlivosti výroby zůstane laserové zpracování spolu s podporou na systémové úrovni, která zajišťuje jeho stabilitu, základním motorem technologického pokroku a modernizace průmyslu.