El papel fundamental de la tecnología láser en la fabricación de células fotovoltaicas

A medida que la industria fotovoltaica (FV) busca una mayor eficiencia de conversión y menores costos de fabricación, la tecnología de procesos se ha convertido en un factor decisivo para el rendimiento y la escalabilidad de las células. Desde PERC hasta TOPCon y HJT, y más allá, hacia las células solares de perovskita y tándem, las arquitecturas celulares se vuelven cada vez más complejas, a medida que las ventanas de proceso se reducen. En esta evolución, la tecnología láser ha pasado de ser una herramienta de apoyo a una capacidad de fabricación fundamental que sustenta múltiples generaciones de células fotovoltaicas de alta eficiencia.

En las líneas de producción de PERC, la ablación láser permite la creación de patrones a nivel micrométrico en las capas de pasivación para formar contactos locales estables. En la fabricación de TOPCon, el dopaje con boro láser se considera una vía clave para alcanzar eficiencias celulares superiores al 26 %. En las células emergentes de perovskita y tándem, el trazado láser determina directamente si se puede lograr una producción de gran superficie y alta uniformidad. Gracias a su naturaleza sin contacto, alta precisión y mínima zona afectada por el calor, la tecnología láser se ha convertido en un factor indispensable para mejorar la eficiencia y la fiabilidad de la fabricación en la industria fotovoltaica.

La tecnología láser como base común para la fabricación avanzada de energía fotovoltaica

A medida que avanzan las tecnologías celulares, los fabricantes se enfrentan a varios desafíos comunes: características estructurales más precisas, materiales más sensibles y requisitos de rendimiento cada vez más estrictos. El procesamiento láser aborda estos desafíos mediante una combinación única de capacidades:
* Procesamiento sin contacto, evitando tensiones mecánicas y microfisuras.
* Control espacial a nivel micrométrico, adecuado para estructuras celulares finas y complejas.
* Entrada de energía localizada y ultracorta, minimizando el daño térmico
* Alta compatibilidad con la automatización y el control de procesos digitales.
Estos atributos hacen de la tecnología láser una plataforma de proceso altamente versátil y actualizable, aplicable desde células de silicio cristalino convencionales hasta arquitecturas tándem de próxima generación.

Aplicaciones clave del láser en las principales tecnologías celulares
1. Células PERC: un modelo maduro de procesamiento láser
El éxito industrial de la tecnología PERC (emisor pasivo y celda trasera) está estrechamente vinculado al procesamiento láser a gran escala. La ablación láser se utiliza para abrir selectivamente la capa de pasivación de óxido de aluminio en la cara trasera, creando contactos locales en la superficie trasera, preservando al mismo tiempo el rendimiento de la pasivación.
Además, el dopaje láser selectivo por emisor (SE) permite un dopaje intenso localizado bajo los contactos frontales, lo que reduce la resistencia de contacto y mejora la eficiencia de la celda en aproximadamente un 0,3 %. La madurez y estabilidad de estos procesos láser han impulsado la producción en masa a largo plazo y el dominio del mercado de las celdas PERC.

2. Células TOPCon: El dopaje con boro láser como proceso innovador
Las celdas TOPCon (contacto pasivado por óxido de túnel) utilizan obleas de silicio tipo N, lo que ofrece ventajas inherentes en selectividad de portadores y rendimiento eléctrico. Sin embargo, la difusión de boro convencional en hornos de alta temperatura presenta desafíos, como un alto consumo de energía, una menor productividad y un mayor riesgo para la integridad del óxido de túnel.
El dopaje láser de boro permite un calentamiento localizado y ultrarrápido, lo que permite que los átomos de boro se difundan selectivamente en regiones designadas sin exponer toda la oblea a altas temperaturas. Este método reduce significativamente la resistencia de contacto, manteniendo la calidad de la pasivación, y se considera un proceso crítico para impulsar la eficiencia de TOPCon por encima del 26 %.

3. Células HJT: recocido inducido por láser para la optimización de la interfaz
Las células HJT (heterounión) se basan en capas de silicio amorfo para una excelente pasivación superficial. Sin embargo, defectos en la interfaz, como enlaces colgantes, pueden provocar la recombinación de portadores.
El recocido inducido por láser (LIA) utiliza la irradiación láser controlada para activar la migración de hidrógeno en la interfaz de silicio amorfo/cristalino, reparando así los defectos in situ. Se ha demostrado que este proceso mejora el voltaje de circuito abierto (Voc) y el factor de llenado (FF), lo que lo convierte en un método práctico para optimizar la eficiencia de la HJT.

4. Perovskita y células tándem: trazado láser para una integración escalable
En las celdas tándem de perovskita y perovskita/silicio, el procesamiento láser no solo es una herramienta de fabricación, sino también un facilitador estructural. Los pasos estándar de trazado láser P1, P2 y P3 definen la segmentación de electrodos, el aislamiento de subceldas y la interconexión en serie.
Dada la fragilidad y la variabilidad de la estabilidad térmica de las capas funcionales, el procesamiento láser, con sus características de alta precisión y sin contacto, es esencial para lograr una alta eficiencia y uniformidad en dispositivos de gran superficie. Por ello, el rayado láser se considera uno de los procesos clave para la industrialización de celdas en tándem.

Procesos láser de uso general para la reducción de costes y la mejora del rendimiento
Más allá de las aplicaciones específicas de las células, la tecnología láser también admite varios pasos de fabricación multiplataforma:
* Transferencia de línea de cuadrícula basada en láser: permite electrodos más finos y una consistencia mejorada en comparación con la serigrafía, lo que reduce significativamente el consumo de pasta de plata, especialmente en procesos de baja temperatura como HJT.
* Corte láser sin daños: permite un procesamiento preciso de media celda y de múltiples cortes con un riesgo reducido de microfisuras, lo que mejora la potencia de salida del módulo.
* Aislamiento y pasivación de bordes mediante láser: repara el daño en los bordes después del corte, lo que reduce las pérdidas por recombinación y contribuye a las ganancias de eficiencia a nivel de módulo.
Estos procesos láser generales juegan un papel importante a la hora de reducir el coste por vatio y al mismo tiempo mejorar el rendimiento general de fabricación.

Gestión térmica : la base del procesamiento láser estable
A medida que la fabricación de PV avanza hacia un mayor rendimiento y un funcionamiento continuo de larga duración, la estabilidad del proceso láser depende cada vez más de un control térmico preciso. Incluso pequeñas fluctuaciones en la salida del láser pueden afectar directamente la resistencia de contacto, la densidad de defectos o la consistencia del ancho de línea.
En entornos de producción, las fuentes láser y los componentes ópticos operan bajo cargas térmicas sostenidas. Por lo tanto, unos sistemas fiables de refrigeración y control de temperatura son esenciales para mantener la estabilidad de la energía láser, minimizar la deriva de potencia y garantizar resultados de procesamiento repetibles. Una gestión térmica eficaz de las fuentes láser, los módulos de potencia y los conjuntos ópticos contribuye directamente a un mayor rendimiento y robustez del proceso, especialmente para celdas TOPCon, HJT y tándem con márgenes de proceso más estrechos.
Las soluciones de control de temperatura industrial desarrolladas para aplicaciones láser de alta potencia continúan evolucionando hacia una mayor estabilidad, una respuesta más rápida y una confiabilidad operativa a largo plazo, proporcionando una base sólida para la fabricación fotovoltaica avanzada.

Conclusión
Desde la comercialización a gran escala de las células PERC hasta la rápida adopción de las tecnologías TOPCon y HJT, y la exploración de arquitecturas tándem, la tecnología láser está presente en las etapas más críticas de la fabricación de células fotovoltaicas. Si bien no define el límite teórico de eficiencia, determina en gran medida si dicha eficiencia puede producirse de forma consistente, controlable y a escala.
A medida que la industria fotovoltaica avanza hacia una mayor eficiencia y una mayor confiabilidad en la fabricación, el procesamiento láser, junto con el soporte a nivel de sistema que garantiza su estabilidad, seguirá siendo un impulsor fundamental del progreso tecnológico y la modernización industrial.