Lasertehnoloogia kriitiline roll fotogalvaaniliste elementide tootmises

Kuna fotogalvaanika (PV) tööstus jätkab suurema muundamise efektiivsuse ja madalamate tootmiskulude poole püüdlemist, on protsessitehnoloogiast saanud elementide jõudluse ja skaleeritavuse otsustav tegur. PERC-ist TOPConi ja HJT-ni ning edasi perovskiidi ja tandem-päikesepatareide suunas muutuvad elementide arhitektuurid üha keerukamaks, samal ajal kui protsessiaknad kitsenevad. Selle arengu käigus on lasertehnoloogia nihkunud tugivahendist põhiliseks tootmisvõimekuseks, mis on aluseks mitmetele põlvkondadele suure tõhususega päikesepatareisid.

PERC tootmisliinidel võimaldab laserablatsioon passiivkihtide mikronitasandil mustrit moodustada stabiilseid lokaalseid kontakte. TOPCon-tootmises peetakse laserboorlegeerimist laialdaselt võtmeteguriks, mis saavutab üle 26% elementide efektiivsuse. Tekkivates perovskiidi ja tandemelementides määrab lasergraveerimine otseselt, kas on võimalik saavutada suure pindalaga ja ühtlase tootmise tulemus. Oma kontaktivaba olemuse, suure täpsuse ja minimaalse kuumusest mõjutatud tsooni tõttu on lasertehnoloogiast saanud asendamatu efektiivsuse parandamise ja tootmise usaldusväärsuse võimaldaja kogu fotoelektritööstuses.

Lasertehnoloogia kui täiustatud päikesepaneelide tootmise ühine alus

Rakutehnoloogia arenedes seisavad tootjad silmitsi mitmete ühiste väljakutsetega: peenemad konstruktsioonilised omadused, tundlikumad materjalid ja üha rangemad saagikuse nõuded. Lasertöötlus lahendab need väljakutsed ainulaadse võimaluste kombinatsiooni abil:
* Kontaktivaba töötlemine, vältides mehaanilist pinget ja mikropragusid
* Mikronitasemel ruumiline kontroll, sobib peente ja keerukate rakustruktuuride jaoks
* Lokaliseeritud, ülilühike energiasisend, mis minimeerib termilisi kahjustusi
* Suur ühilduvus automatiseerimise ja digitaalse protsessijuhtimisega
Need omadused muudavad lasertehnoloogia väga mitmekülgseks ja täiustatavaks protsessiplatvormiks, mida saab rakendada nii tavapärastest kristallilisest ränist elementidest kui ka järgmise põlvkonna tandem-arhitektuurideni.

Peamised laserrakendused peavoolu rakutehnoloogiates
1. PERC-rakud: küps lasertöötlusmudel
PERC-tehnoloogia (passiveeritud emitter ja tagumine element) tööstuslik edu on tihedalt seotud laiaulatusliku lasertöötlusega. Laserablatsiooni abil avatakse valikuliselt alumiiniumoksiidi passiivkiht tagaküljel, moodustades lokaalseid tagapinna kontakte, säilitades samal ajal passiivimisomadused.
Lisaks võimaldab laserselektiivse emitteri (SE) doping lokaliseeritud tugevat dopingut esikülje kontaktide all, vähendades kontakttakistust ja parandades tavaliselt elementide efektiivsust umbes 0,3%. Nende laserprotsesside küpsus ja stabiilsus on toetanud PERC-elementide pikaajalist masstootmist ja turul domineerimist.

2. TOPCon rakud: laserboori doping kui läbimurdeline protsess
TOPCon (tunneloksiidi passiivkontaktiga) elemendid kasutavad N-tüüpi räniplaate, mis pakuvad loomupäraseid eeliseid laengukandjate selektiivsuse ja elektrilise jõudluse osas. Tavapärane kõrgtemperatuuriline ahjupõhine boori difusioon tekitab aga väljakutseid, sealhulgas suurt energiatarbimist, aeglasemat läbilaskevõimet ja suurenenud ohtu tunneloksiidi terviklikkusele.
Laserboori legeerimine võimaldab lokaliseeritud ja ülikiiret kuumutamist, võimaldades boori aatomitel valikuliselt difundeeruda määratud piirkondadesse ilma kogu kiipi kõrge temperatuuriga kokku puutumata. See lähenemisviis vähendab oluliselt kontakttakistust, säilitades samal ajal passiivsuse kvaliteedi, ja seda peetakse laialdaselt oluliseks protsessiks TOPConi efektiivsuse tõstmiseks üle 26%.

3. HJT-rakud: laserindutseeritud lõõmutamine liidese optimeerimiseks
HJT (heterosiirde) elemendid tuginevad suurepärase pinnapassivatsiooni saavutamiseks amorfsetele ränikihtidele. Siiski võivad liideste defektid, näiteks rippuvad sidemed, viia laengukandjate rekombinatsioonini.
Laserindutseeritud lõõmutamine (LIA) kasutab kontrollitud laserkiirgust vesiniku migratsiooni aktiveerimiseks amorfse/kristallilise räni piirpinnal, parandades defekte kohapeal. On näidatud, et see protsess parandab avatud vooluringi pinget (Voc) ja täitetegurit (FF), muutes selle praktiliseks meetodiks HJT efektiivsuse optimeerimiseks.

4. Perovskiidi ja tandemrakud: lasergraveerimine skaleeritava integratsiooni jaoks
Perovskiidi ja perovskiidi/räni tandemrakkude puhul ei ole lasertöötlus mitte ainult tootmisvahend, vaid ka struktuuri võimaldaja. Standardsed P1, P2 ja P3 laseriga kribistamise etapid määratlevad elektroodide segmenteerimise, alamrakkude isoleerimise ja jadaühenduse.
Arvestades funktsionaalsete kihtide haprust ja varieeruvat termilist stabiilsust, on lasertöötlus – oma kontaktivabade ja suure täpsusega omadustega – oluline suure efektiivsuse ja ühtluse saavutamiseks suurtes pindades seadmetes. Seetõttu peetakse lasergraveerimist tandem-elementide industrialiseerimise üheks põhiprotsessiks.

Üldotstarbelised laserprotsessid kulude vähendamiseks ja saagikuse parandamiseks
Lisaks rakupõhistele rakendustele toetab lasertehnoloogia ka mitmeid platvormideüleseid tootmisetappe:
* Laseripõhine ruudustiku ülekanne: võimaldab peenemaid elektroode ja paremat konsistentsi võrreldes siiditrükiga, vähendades oluliselt hõbepasta tarbimist, eriti madalatemperatuursetes protsessides, näiteks HJT-s.
* Kahjustustevaba laserlõikus: võimaldab täpset pooltäppide ja mitme lõikega töötlemist, vähendades mikropragude ohtu, parandades mooduli väljundvõimsust.
* Laserservade isoleerimine ja passivatsioon: Parandab lõikamisjärgseid servakahjustusi, vähendades rekombinatsioonikadusid ja aidates kaasa mooduli tasemel efektiivsuse kasvule.
Need üldised laserprotsessid mängivad olulist rolli vati maksumuse vähendamisel, parandades samal ajal üldist tootmissaagist.

Soojusjuhtimine : stabiilse lasertöötluse alus
Kuna päikesepaneelide tootmine liigub suurema läbilaskevõime ja pikaajalise pideva töö suunas, muutub laserprotsessi stabiilsus üha enam sõltuvaks täpsest termilisest juhtimisest. Isegi väikesed kõikumised laseri väljundis võivad otseselt mõjutada kontakttakistust, defektide tihedust või joone laiuse järjepidevust.
Tootmiskeskkondades töötavad laserallikad ja optilised komponendid pideva termilise koormuse all. Seetõttu on usaldusväärsed jahutus- ja temperatuuri reguleerimissüsteemid hädavajalikud laseri energia stabiilsuse säilitamiseks, võimsusnihke minimeerimiseks ja korduvate töötlemistulemuste tagamiseks. Laserallikate, toitemoodulite ja optiliste sõlmede tõhus termiline haldamine aitab otseselt kaasa suuremale saagikusele ja protsessi vastupidavusele, eriti TOPConi, HJT ja tandem-elementide puhul, millel on kitsamad protsessimarginaalid.
Suure võimsusega laserrakenduste jaoks välja töötatud tööstuslikud temperatuuri reguleerimise lahendused arenevad jätkuvalt suurema stabiilsuse, kiirema reageerimise ja pikaajalise töökindluse suunas, pakkudes kindla aluse täiustatud PV-tootmisele.

Kokkuvõte
Alates PERC-elementide laiaulatuslikust turustamisest kuni TOPCon- ja HJT-tehnoloogiate kiire kasutuselevõtuni ning edasi tandem-arhitektuuride uurimiseni läbib lasertehnoloogia pidevalt fotogalvaaniliste elementide tootmise kõige kriitilisemaid etappe. Kuigi see ei määratle teoreetilist efektiivsuse piiri, määrab see suuresti, kas seda efektiivsust saab toota järjepidevalt, kontrollitavalt ja mastaapselt.
Kuna päikesepaneelide tööstus liigub suurema efektiivsuse ja suurema tootmiskindluse poole, jääb lasertöötlus koos selle stabiilsust tagava süsteemitasandi toega tehnoloogilise progressi ja tööstusliku uuendamise peamiseks edasiviivaks jõuks.