Laser teknologiaren funtsezko eginkizuna zelula fotovoltaikoen fabrikazioan

Industria fotovoltaikoak (PV) bihurketa-eraginkortasun handiagoa eta fabrikazio-kostuak txikiagoak bilatzen jarraitzen duen heinean, prozesu-teknologia faktore erabakigarria bihurtu da zelulen errendimenduan eta eskalagarritasunean. PERC-tik TOPCon eta HJT-ra, eta are gehiago perovskita eta tandem eguzki-zeluletara, zelulen arkitekturak gero eta konplexuagoak dira, prozesu-leihoak estutzen diren bitartean. Bilakaera honen barruan, laser teknologia laguntza-tresna izatetik eraginkortasun handiko PV zelulen belaunaldi anitzen oinarrian dagoen fabrikazio-gaitasun nagusi izatera igaro da.

PERC ekoizpen-lerroetan, laser ablazioak pasibazio-geruzen mikra-mailako patroiatzea ahalbidetzen du kontaktu lokal egonkorrak eratzeko. TOPCon fabrikazioan, laser bidezko boro dopaketa % 26tik gorako zelulen eraginkortasunak lortzeko bide gakotzat hartzen da. Perovskita eta tandem zelula emergenteetan, laser bidezko idazketak zuzenean zehazten du azalera handiko eta uniformetasun handiko ekoizpena lor daitekeen ala ez. Kontakturik gabeko izaerarekin, zehaztasun handiarekin eta beroak eragindako eremu minimoarekin, laser teknologia ezinbesteko eragile bihurtu da eraginkortasuna hobetzeko eta fabrikazioaren fidagarritasuna hobetzeko industria fotovoltaiko osoan.

Laser teknologia PV fabrikazio aurreratuaren oinarri komun gisa

Zelula-teknologiak aurrera egin ahala, fabrikatzaileek hainbat erronka partekaturi aurre egin behar diete: egitura-ezaugarri finagoak, material sentikorragoak eta errendimendu-eskakizun gero eta zorrotzagoak. Laser bidezko prozesamenduak erronka horiei aurre egiten die gaitasun-konbinazio paregabe baten bidez:
* Kontakturik gabeko prozesamendua, tentsio mekanikoa eta mikro-arrailak saihestuz
* Mikroi mailako kontrol espaziala, zelula-egitura fin eta konplexuetarako egokia
* Energia-sarrera lokalizatua eta ultra-laburra, kalte termikoak minimizatuz
* Automatizazioarekin eta prozesu digitalen kontrolarekin bateragarritasun handia
Ezaugarri hauek laser teknologia prozesu-plataforma oso moldakorra eta eguneratugarria bihurtzen dute, silizio kristalinozko zelula konbentzionaletatik hurrengo belaunaldiko tandem arkitekturetaraino aplikagarria.

Laser aplikazio nagusiak zelula-teknologia nagusietan
1. PERC zelulak: laser bidezko prozesatzeko eredu heldua
PERC (Passivated Emitter and Rear Cell) teknologiaren arrakasta industriala laser bidezko prozesamendu eskala handiari lotuta dago. Laser ablazioa erabiltzen da atzeko aldeko aluminio oxidozko pasibazio geruza selektiboki irekitzeko, atzeko gainazaleko kontaktu lokalak eratuz, pasibazio errendimendua mantenduz.
Gainera, laser igorle selektiboaren (SE) dopaketak aurrealdeko kontaktuen azpian dopaketa handia lokalizatzea ahalbidetzen du, kontaktu-erresistentzia murriztuz eta, oro har, zelulen eraginkortasuna % 0,3 inguru hobetuz. Laser-prozesu hauen heldutasunak eta egonkortasunak PERC zelulen epe luzeko ekoizpen masiboa eta merkatu-nagusia lagundu dute.

2. TOPCon zelulak: Laser bidezko boro dopaketa prozesu aurrerakor gisa
TOPCon (Tunnel Oxide Passivated Contact) zelulek N motako siliziozko obleak erabiltzen dituzte, eta abantaila bereziak eskaintzen dituzte eramaileen hautaketan eta errendimendu elektrikoan. Hala ere, ohiko tenperatura altuko labeetan oinarritutako boro difusioak erronkak ditu, besteak beste, energia-kontsumo handia, errendimendu motelagoa eta tunel oxidoaren osotasunerako arrisku handiagoa.
Boro laser bidezko dopaketak berotze lokalizatu eta ultra-azkarra ahalbidetzen du, boro atomoek eskualde zehatzetan selektiboki barreiatzea ahalbidetuz, oblea osoa tenperatura altuen eraginpean jarri gabe. Ikuspegi honek kontaktu-erresistentzia nabarmen murrizten du, pasibazio-kalitatea mantenduz, eta TOPCon eraginkortasunak % 26tik gora bultzatzeko prozesu kritikotzat hartzen da.

3. HJT zelulak: Laser bidezko errekuntza interfazearen optimizaziorako
HJT (Heterojunction) zelulek silizio amorfo geruzetan oinarritzen dira gainazaleko pasibazio bikaina lortzeko. Hala ere, lotura zintzilikarioak bezalako interfazearen akatsek garraiatzaileen birkonbinazioa eragin dezakete oraindik.
Laser bidezko errekuntzak (LIA) laser erradiazio kontrolatua erabiltzen du hidrogenoaren migrazioa aktibatzeko silizio amorfo/kristalino interfazean, akatsak in situ konponduz. Prozesu honek zirkuitu irekiko tentsioa (Voc) eta betetze faktorea (FF) hobetzen dituela frogatu da, eta horrek HJT eraginkortasuna optimizatzeko metodo praktikoa bihurtzen du.

4. Perovskita eta Tandem Zelulak: Laser bidezko Eskribatzea Integrazio Eskalagarrirako
Perovskita eta perovskita/siliziozko tandem zeluletan, laser bidezko prozesamendua ez da fabrikazio tresna bat bakarrik, baita egitura ahalbidetzaile bat ere. P1, P2 eta P3 laser bidezko idazketa urrats estandarrek elektrodoen segmentazioa, azpizelulen isolamendua eta serieko interkonexioa definitzen dituzte.
Geruza funtzionalen izaera hauskorra eta egonkortasun termiko aldakorra kontuan hartuta, laser bidezko prozesamendua —bere kontakturik gabeko eta zehaztasun handiko ezaugarriekin— ezinbestekoa da eraginkortasun handia eta uniformetasuna lortzeko azalera handiko gailuetan. Ondorioz, laser bidezko eskribaketa tandem zelulen industrializaziorako prozesu nagusietako bat da.

Kostuak murrizteko eta errendimendua hobetzeko helburu orokorreko laser prozesuak
Zelula-aplikazio espezifikoez gain, laser teknologiak hainbat plataforma anitzeko fabrikazio-urrats ere onartzen ditu:
* Laser bidezko sareta-lerroen transferentzia: Serigrafiarekin alderatuta elektrodo finagoak eta koherentzia hobea ahalbidetzen ditu, zilarrezko pastaren kontsumoa nabarmen murriztuz, batez ere tenperatura baxuko prozesuetan, hala nola HJT-n.
* Kalterik gabeko laser bidezko dadoak: Zelula erdiko eta ebaki anitzeko prozesamendu zehatza ahalbidetzen du, mikro-arrailen arriskua murriztuz, moduluaren potentzia-irteera hobetuz.
* Laser ertzen isolamendua eta pasibazioa: Ertzen kalteak konpontzen ditu ebaki ondoren, birkonbinazio-galerak murriztuz eta modulu mailako eraginkortasun-irabazietan lagunduz.
Laser prozesu orokor hauek watt bakoitzeko kostua murrizteko eta, aldi berean, fabrikazio-errendimendu orokorra hobetzeko zeregin garrantzitsua dute.

Kudeaketa Termikoa : Laser Prozesamendu Egonkorraren Oinarria
PV fabrikazioa errendimendu handiagoa eta iraupen luzeko funtzionamendu jarraitua lortzeko joera duen heinean, laser prozesuaren egonkortasuna gero eta gehiago mendeko da kontrol termiko zehatzaren menpe. Laser irteerako gorabehera txikiek ere zuzenean eragin dezakete kontaktu erresistentzian, akatsen dentsitatean edo lerro zabaleraren koherentzian.
Produkzio-inguruneetan, laser iturriek eta osagai optikoek karga termiko iraunkorren pean funtzionatzen dute. Beraz, hozte- eta tenperatura-kontrol-sistema fidagarriak ezinbestekoak dira laser-energiaren egonkortasuna mantentzeko, potentzia-desbideratzea minimizatzeko eta prozesatzeko emaitza errepikagarriak bermatzeko. Laser iturrien, potentzia-moduluen eta multzo optikoen kudeaketa termiko eraginkorrak zuzenean laguntzen du errendimendu handiagoan eta prozesuaren sendotasunean, batez ere prozesu-marjina estuagoak dituzten TOPCon, HJT eta tandem-zeluletan.
Potentzia handiko laser aplikazioetarako garatutako industria -tenperatura kontrolerako irtenbideek egonkortasun handiagoa, erantzun azkarragoa eta epe luzerako funtzionamendu-fidagarritasuna eboluzionatzen jarraitzen dute, PV fabrikazio aurreraturako oinarri sendoa eskainiz.

Ondorioa
PERC zelulen eskala handiko merkaturatzetik hasi eta TOPCon eta HJT teknologien adopzio azkarra arte, eta aurrerago tandem arkitekturen esplorazioraino, laser teknologiak etengabe igarotzen ditu zelula fotovoltaikoen fabrikazioaren urrats kritikoenak. Eraginkortasun teorikoaren muga definitzen ez duen arren, eraginkortasun hori modu koherentean, kontrolatuan eta eskalan ekoiztu daitekeen ala ez zehazten du.
Industria fotovoltaikoak eraginkortasun handiagoa eta fabrikazio-fidagarritasun handiagoa lortzeko aurrera egiten duen heinean, laser bidezko prozesamendua, bere egonkortasuna bermatzen duen sistema-mailako laguntzarekin batera, aurrerapen teknologikoaren eta industria-hobekuntzaren oinarrizko motorra izaten jarraituko du.