نقش حیاتی فناوری لیزر در تولید سلول‌های فتوولتائیک

همچنان که صنعت فتوولتائیک (PV) به دنبال افزایش راندمان تبدیل و کاهش هزینه‌های تولید است، فناوری فرآیند به عاملی تعیین‌کننده در عملکرد و مقیاس‌پذیری سلول تبدیل شده است. از PERC گرفته تا TOPCon و HJT، و بیشتر به سمت سلول‌های خورشیدی پروسکایت و تاندم، معماری سلول‌ها به طور فزاینده‌ای پیچیده‌تر می‌شود در حالی که پنجره‌های فرآیند باریک‌تر می‌شوند. در این تکامل، فناوری لیزر از یک ابزار پشتیبان به یک قابلیت تولید اصلی تبدیل شده است که زیربنای چندین نسل از سلول‌های PV با راندمان بالا است.

در خطوط تولید PERC، فرسایش لیزری امکان الگوسازی در سطح میکرون از لایه‌های غیرفعال را برای تشکیل تماس‌های موضعی پایدار فراهم می‌کند. در تولید TOPCon، دوپینگ بور لیزری به طور گسترده به عنوان یک مسیر کلیدی برای دستیابی به راندمان سلول بیش از 26٪ در نظر گرفته می‌شود. در سلول‌های پروسکایت و تاندم نوظهور، حکاکی لیزری مستقیماً تعیین می‌کند که آیا تولید با مساحت بزرگ و یکنواختی بالا امکان‌پذیر است یا خیر. فناوری لیزر با ماهیت غیرتماسی، دقت بالا و حداقل منطقه تحت تأثیر گرما، به یک عامل ضروری برای بهبود راندمان و قابلیت اطمینان تولید در صنعت PV تبدیل شده است.

فناوری لیزر به عنوان پایه مشترک برای تولید پیشرفته فتوولتائیک

با پیشرفت فناوری‌های سلولی، تولیدکنندگان با چالش‌های مشترک متعددی روبرو هستند: ویژگی‌های ساختاری ظریف‌تر، مواد حساس‌تر و الزامات سختگیرانه‌تر برای بازده. پردازش لیزری این چالش‌ها را از طریق ترکیبی منحصر به فرد از قابلیت‌ها برطرف می‌کند:
* پردازش غیر تماسی، اجتناب از تنش مکانیکی و ترک‌های ریز
* کنترل فضایی در سطح میکرون، مناسب برای ساختارهای سلولی ظریف و پیچیده
* ورودی انرژی موضعی و فوق کوتاه، به حداقل رساندن آسیب حرارتی
* سازگاری بالا با اتوماسیون و کنترل فرآیند دیجیتال
این ویژگی‌ها، فناوری لیزر را به یک پلتفرم فرآیندی بسیار متنوع و قابل ارتقا تبدیل می‌کند که از سلول‌های سیلیکونی کریستالی معمولی گرفته تا معماری‌های پشت سر هم نسل بعدی قابل استفاده است.

کاربردهای کلیدی لیزر در فناوری‌های سلولی جریان اصلی
۱. سلول‌های PERC: یک مدل پردازش لیزری بالغ
موفقیت صنعتی فناوری PERC (گسیلنده غیرفعال و سلول پشتی) ارتباط نزدیکی با پردازش لیزری در مقیاس بزرگ دارد. از فرسایش لیزری برای باز کردن انتخابی لایه غیرفعال اکسید آلومینیوم در سمت عقب استفاده می‌شود و ضمن حفظ عملکرد غیرفعال‌سازی، تماس‌های موضعی با سطح پشتی ایجاد می‌کند.
علاوه بر این، آلایش انتخابی ساطع‌کننده لیزر (SE) امکان آلایش موضعی سنگین را در زیر تماس‌های جلویی فراهم می‌کند، مقاومت تماس را کاهش می‌دهد و معمولاً راندمان سلول را حدود 0.3٪ بهبود می‌بخشد. بلوغ و پایداری این فرآیندهای لیزری، تولید انبوه بلندمدت و تسلط بر بازار سلول‌های PERC را پشتیبانی کرده است.

۲. سلول‌های TOPCon: آلایش بور لیزری به عنوان یک فرآیند نوآورانه
سلول‌های TOPCon (تماس غیرفعال اکسید تونلی) از ویفرهای سیلیکونی نوع N استفاده می‌کنند که مزایای ذاتی در گزینش‌پذیری حامل و عملکرد الکتریکی ارائه می‌دهند. با این حال، نفوذ بور مبتنی بر کوره با دمای بالا، چالش‌هایی از جمله مصرف انرژی بالا، توان عملیاتی کندتر و افزایش خطر برای یکپارچگی اکسید تونلی را به همراه دارد.
آلایش بور با لیزر، گرمایش موضعی و فوق‌العاده سریع را امکان‌پذیر می‌کند و به اتم‌های بور اجازه می‌دهد بدون قرار دادن کل ویفر در معرض دمای بالا، به صورت انتخابی در نواحی تعیین‌شده نفوذ کنند. این رویکرد ضمن حفظ کیفیت غیرفعال‌سازی، مقاومت تماس را به میزان قابل توجهی کاهش می‌دهد و به طور گسترده به عنوان یک فرآیند حیاتی برای افزایش راندمان TOPCon به بیش از 26٪ در نظر گرفته می‌شود.

۳. سلول‌های HJT: آنیل القایی لیزری برای بهینه‌سازی سطح مشترک
سلول‌های HJT (هتروجانکشن) برای غیرفعال‌سازی عالی سطح، به لایه‌های سیلیکون آمورف متکی هستند. با این حال، نقص‌های سطح مشترک مانند پیوندهای آویزان هنوز هم می‌توانند منجر به نوترکیبی حامل‌ها شوند.
آنیلینگ القایی لیزری (LIA) از تابش کنترل‌شده لیزر برای فعال‌سازی مهاجرت هیدروژن در فصل مشترک سیلیکون آمورف/کریستالی استفاده می‌کند و نقص‌ها را در محل ترمیم می‌کند. نشان داده شده است که این فرآیند ولتاژ مدار باز (Voc) و ضریب پر شدن (FF) را بهبود می‌بخشد و آن را به روشی عملی برای بهینه‌سازی راندمان HJT تبدیل می‌کند.

۴. سلول‌های پروسکایت و تاندم: حکاکی لیزری برای یکپارچه‌سازی مقیاس‌پذیر
در سلول‌های پشت سر هم پروسکایت و پروسکایت/سیلیکون، پردازش لیزری نه تنها یک ابزار تولیدی است، بلکه یک توانمندساز ساختاری نیز می‌باشد. مراحل استاندارد حکاکی لیزری P1، P2 و P3، تقسیم‌بندی الکترود، جداسازی زیرسلول‌ها و اتصال سری‌ها را تعریف می‌کنند.
با توجه به ماهیت شکننده و پایداری حرارتی متغیر لایه‌های عملکردی، پردازش لیزری - با ویژگی‌های غیرتماسی و دقت بالای آن - برای دستیابی به راندمان بالا و یکنواختی در دستگاه‌های با مساحت بزرگ ضروری است. در نتیجه، حکاکی لیزری یکی از فرآیندهای اصلی برای صنعتی‌سازی سلول‌های پشت سر هم محسوب می‌شود.

فرآیندهای لیزری همه منظوره برای کاهش هزینه و بهبود عملکرد
فراتر از کاربردهای خاص سلولی، فناوری لیزر از چندین مرحله تولید چند پلتفرمی نیز پشتیبانی می‌کند:
* انتقال خطوط شبکه مبتنی بر لیزر: امکان ایجاد الکترودهای ظریف‌تر و بهبود ثبات در مقایسه با چاپ سیلک اسکرین را فراهم می‌کند و به طور قابل توجهی مصرف خمیر نقره را کاهش می‌دهد، به خصوص در فرآیندهای دمای پایین مانند HJT.
* برش لیزری بدون آسیب: امکان پردازش دقیق نیم سلولی و چند برشی را با کاهش خطر ریزترک فراهم می‌کند و توان خروجی ماژول را بهبود می‌بخشد.
* ایزولاسیون و غیرفعال‌سازی لبه‌های لیزر: آسیب لبه‌ها را پس از برش ترمیم می‌کند، تلفات نوترکیبی را کاهش می‌دهد و به افزایش راندمان در سطح ماژول کمک می‌کند.
این فرآیندهای لیزری عمومی نقش مهمی در کاهش هزینه به ازای هر وات و در عین حال بهبود بازده کلی تولید دارند.

مدیریت حرارتی : پایه و اساس پردازش لیزری پایدار
با حرکت تولید فتوولتائیک به سمت توان عملیاتی بالاتر و عملکرد مداوم طولانی مدت، پایداری فرآیند لیزر به طور فزاینده‌ای به کنترل دقیق حرارتی وابسته می‌شود. حتی نوسانات جزئی در خروجی لیزر می‌تواند مستقیماً بر مقاومت تماس، چگالی نقص یا ثبات عرض خط تأثیر بگذارد.
در محیط‌های تولیدی، منابع لیزر و اجزای نوری تحت بارهای حرارتی پایدار کار می‌کنند. بنابراین، سیستم‌های خنک‌کننده و کنترل دمای قابل اعتماد برای حفظ پایداری انرژی لیزر، به حداقل رساندن رانش توان و تضمین نتایج پردازش تکرارپذیر ضروری هستند. مدیریت حرارتی مؤثر منابع لیزر، ماژول‌های توان و مجموعه‌های نوری مستقیماً به بازده بالاتر و استحکام فرآیند، به ویژه برای سلول‌های TOPCon، HJT و tandem با حاشیه‌های فرآیند باریک‌تر، کمک می‌کند.
راهکارهای کنترل دمای صنعتی که برای کاربردهای لیزر پرقدرت توسعه یافته‌اند، همچنان به سمت پایداری بیشتر، پاسخ سریع‌تر و قابلیت اطمینان عملیاتی بلندمدت در حال تکامل هستند و پایه محکمی برای تولید پیشرفته فتوولتائیک فراهم می‌کنند.

نتیجه‌گیری
از تجاری‌سازی در مقیاس بزرگ سلول‌های PERC گرفته تا پذیرش سریع فناوری‌های TOPCon و HJT و پس از آن تا کاوش در معماری‌های پشت سر هم، فناوری لیزر به طور مداوم در بحرانی‌ترین مراحل تولید سلول‌های فتوولتائیک نقش داشته است. اگرچه این فناوری حد بهره‌وری نظری را تعریف نمی‌کند، اما به شدت تعیین می‌کند که آیا می‌توان آن بهره‌وری را به طور مداوم، قابل کنترل و در مقیاس بزرگ تولید کرد یا خیر.
با پیشرفت صنعت فتوولتائیک به سمت راندمان بالاتر و قابلیت اطمینان بیشتر در تولید، پردازش لیزری، همراه با پشتیبانی در سطح سیستم که ثبات آن را تضمین می‌کند، همچنان یک محرک اساسی پیشرفت فناوری و ارتقاء صنعتی خواهد بود.