Laserteknologiens kritiske rolle i fremstilling af fotovoltaiske celler

I takt med at den fotovoltaiske (PV) industri fortsætter med at stræbe efter højere konverteringseffektivitet og lavere produktionsomkostninger, er procesteknologi blevet en afgørende faktor for cellernes ydeevne og skalerbarhed. Fra PERC til TOPCon og HJT, og videre mod perovskit- og tandemsolceller, bliver cellearkitekturer stadig mere komplekse, mens procesvinduer bliver smallere. Inden for denne udvikling er laserteknologi gået fra et støtteværktøj til en kerneproduktionskapacitet, der understøtter flere generationer af højeffektive PV-celler.

I PERC-produktionslinjer muliggør laserablation mikronniveau-mønstring af passiveringslag for at danne stabile lokale kontakter. I TOPCon-fremstilling betragtes laserbor-doping bredt som en nøglevej til celleeffektivitet på over 26%. I nye perovskit- og tandemceller bestemmer laserridsning direkte, om produktion med stor areal og høj ensartethed er opnåelig. Med sin berøringsfri natur, høje præcision og minimale varmepåvirkede zone er laserteknologi blevet en uundværlig drivkraft for effektivitetsforbedring og produktionspålidelighed i hele PV-industrien.

Laserteknologi som et fælles fundament for avanceret PV-produktion

Efterhånden som celleteknologierne udvikler sig, står producenterne over for adskillige fælles udfordringer: finere strukturelle egenskaber, mere følsomme materialer og stadig strengere udbyttekrav. Laserbehandling imødekommer disse udfordringer gennem en unik kombination af muligheder:
* Kontaktløs forarbejdning, undgår mekanisk stress og mikrorevner
* Mikronniveau rumlig kontrol, egnet til fine og komplekse cellestrukturer
* Lokaliseret, ultrakort energitilførsel, der minimerer termisk skade
* Høj kompatibilitet med automatisering og digital processtyring
Disse egenskaber gør laserteknologi til en yderst alsidig og opgraderbar procesplatform, der kan anvendes fra konventionelle krystallinske siliciumceller til næste generations tandemarkitekturer.

Vigtige laserapplikationer på tværs af mainstream celleteknologier
1. PERC-celler: En moden laserbehandlingsmodel
Den industrielle succes med PERC-teknologi (Passivated Emitter and Rear Cell) er tæt forbundet med storskala laserbehandling. Laserablation bruges til selektivt at åbne aluminiumoxidpassiveringslaget på bagsiden, hvilket danner lokale kontakter mellem bagsiden og overfladen, samtidig med at passiveringsevnen bevares.
Derudover muliggør laserselektiv emitter (SE) doping lokaliseret kraftig doping under frontsidekontakter, hvilket reducerer kontaktmodstanden og typisk forbedrer celleeffektiviteten med omkring 0,3%. Modenheden og stabiliteten af ​​disse laserprocesser har understøttet langsigtet masseproduktion og markedsdominans af PERC-celler.

2. TOPCon-celler: Laserdoping med bor som en banebrydende proces
TOPCon (Tunnel Oxide Passivated Contact) celler anvender N-type siliciumwafere, hvilket giver iboende fordele inden for bærerselektivitet og elektrisk ydeevne. Konventionel højtemperaturovnbaseret bor-diffusion præsenterer dog udfordringer, herunder højt energiforbrug, langsommere gennemløbshastighed og øget risiko for tunneloxidintegriteten.
Laserdoping med born muliggør lokaliseret, ultrahurtig opvarmning, der tillader boratomer at diffundere selektivt ind i udvalgte områder uden at udsætte hele waferen for høje temperaturer. Denne tilgang reducerer kontaktmodstanden betydeligt, samtidig med at passiveringskvaliteten opretholdes, og den betragtes bredt som en kritisk proces til at øge TOPCon-effektiviteten ud over 26%.

3. HJT-celler: Laserinduceret udglødning til grænsefladeoptimering
HJT (heterojunction) celler er afhængige af amorfe siliciumlag for fremragende overfladepassivering. Imidlertid kan grænsefladedefekter, såsom dinglende bindinger, stadig føre til rekombination af bærere.
Laserinduceret udglødning (LIA) bruger kontrolleret laserbestråling til at aktivere hydrogenmigration ved grænsefladen mellem amorf og krystallinsk silicium og reparere defekter in situ. Denne proces har vist sig at forbedre åben kredsløbsspændingen (Voc) og fyldningsfaktoren (FF), hvilket gør den til en praktisk metode til effektivitetsoptimering af HJT.

4. Perovskit- og tandemceller: Laserskrivning til skalerbar integration
I perovskit- og perovskit/silicium-tandemceller er laserbehandling ikke kun et fremstillingsværktøj, men også en strukturel muliggørende faktor. Standard P1-, P2- og P3-laserribningstrin definerer elektrodesegmentering, isolering af underceller og serieforbindelse.
I betragtning af funktionelle lags skrøbelige natur og varierende termiske stabilitet er laserbehandling – med dens berøringsfri og højpræcisionsegenskaber – afgørende for at opnå høj effektivitet og ensartethed i enheder med store arealer. Som et resultat betragtes laserskrivning som en af ​​kerneprocesserne for tandemcelleindustrialisering.

Generelle laserprocesser til omkostningsreduktion og udbytteforbedring
Ud over cellespecifikke applikationer understøtter laserteknologi også adskillige produktionstrin på tværs af platforme:
* Laserbaseret gitterlinjeoverføring: Muliggør finere elektroder og forbedret konsistens sammenlignet med serigrafi, hvilket reducerer forbruget af sølvpasta betydeligt, især i lavtemperaturprocesser som f.eks. HJT.
* Skadesfri laserskæring: Muliggør præcis halvcelle- og multisnitbearbejdning med reduceret risiko for mikrorevner, hvilket forbedrer modulets effekt.
* Laserkantisolering og passivering: Reparerer kantskader efter skæring, reducerer rekombinationstab og bidrager til effektivitetsforbedringer på modulniveau.
Disse generelle laserprocesser spiller en vigtig rolle i at sænke omkostningerne pr. watt, samtidig med at de forbedrer det samlede produktionsudbytte.

Termisk styring : Grundlaget for stabil laserbehandling
Efterhånden som PV-produktion bevæger sig mod højere gennemløbshastighed og langvarig kontinuerlig drift, bliver laserprocesstabilitet i stigende grad afhængig af præcis termisk kontrol. Selv små udsving i laseroutputtet kan direkte påvirke kontaktmodstand, defekttæthed eller linjebreddekonsistens.
I produktionsmiljøer opererer laserkilder og optiske komponenter under vedvarende termiske belastninger. Pålidelige køle- og temperaturstyringssystemer er derfor afgørende for at opretholde laserens energistabilitet, minimere effektdrift og sikre gentagelige behandlingsresultater. Effektiv termisk styring af laserkilder, effektmoduler og optiske enheder bidrager direkte til højere udbytte og procesrobusthed, især for TOPCon-, HJT- og tandemceller med smallere procesmarginer.
Industrielle temperaturkontrolløsninger udviklet til højtydende laserapplikationer fortsætter med at udvikle sig mod større stabilitet, hurtigere respons og langsigtet driftssikkerhed, hvilket giver et solidt fundament for avanceret PV-produktion.

Konklusion
Fra storstilet kommercialisering af PERC-celler til den hurtige anvendelse af TOPCon- og HJT-teknologier, og videre til udforskningen af ​​tandemarkitekturer, gennemgår laserteknologi konsekvent de mest kritiske trin i fremstillingen af ​​solceller. Selvom den ikke definerer den teoretiske effektivitetsgrænse, bestemmer den i høj grad, om denne effektivitet kan produceres ensartet, kontrollerbart og i stor skala.
I takt med at PV-industrien udvikler sig mod højere effektivitet og større produktionspålidelighed, vil laserbehandling, sammen med den systemunderstøttelse, der sikrer dens stabilitet, fortsat være en grundlæggende drivkraft for teknologiske fremskridt og industriel opgradering.