Laserteknologian kriittinen rooli aurinkokennojen valmistuksessa

Aurinkosähköteollisuuden pyrkiessä jatkuvasti korkeampaan konversiotehokkuuteen ja alhaisempiin valmistuskustannuksiin prosessiteknologiasta on tullut ratkaiseva tekijä kennojen suorituskyvyssä ja skaalautuvuudessa. PERCistä TOPConiin ja HJT:hen ja edelleen perovskiitti- ja tandem-aurinkokennoihin kennoarkkitehtuurit monimutkaistuvat ja prosessi-ikkunat kapenevat. Tässä kehityksessä laserteknologia on siirtynyt tukityökalusta keskeiseksi valmistuskyvyksi, joka on useiden tehokkaiden aurinkokennojen sukupolvien perusta.

PERC-tuotantolinjoilla laserablaatio mahdollistaa passivointikerrosten mikronitason kuvioinnin vakaiden paikallisten kontaktien muodostamiseksi. TOPCon-valmistuksessa laserbooridopingia pidetään laajalti keskeisenä keinona saavuttaa yli 26 %:n kennotehokkuus. Uusissa perovskiitti- ja tandemkennoissa laserkaiverrus määrittää suoraan, onko laaja-alainen ja erittäin tasainen tuotanto mahdollista. Kosketuksettoman luonteensa, suuren tarkkuutensa ja minimaalisen lämpövaikutusvyöhykkeensä ansiosta laserteknologiasta on tullut välttämätön tehokkuuden parantamisen ja valmistuksen luotettavuuden mahdollistaja aurinkosähköteollisuudessa.

Lasertekniikka yhteisenä perustana edistyneelle aurinkopaneelien valmistukselle

Soluteknologioiden kehittyessä valmistajat kohtaavat useita yhteisiä haasteita: hienommat rakenteelliset ominaisuudet, herkemmät materiaalit ja yhä tiukemmat saantovaatimukset. Laserkäsittely vastaa näihin haasteisiin ainutlaatuisella ominaisuuksien yhdistelmällä:
* Kosketukseton käsittely, joka välttää mekaanista rasitusta ja mikrohalkeamia
* Mikronitason spatiaalinen hallinta, sopii hienoille ja monimutkaisille solurakenteille
* Paikallinen, erittäin lyhyt energiansyöttö, joka minimoi lämpövauriot
* Korkea yhteensopivuus automaation ja digitaalisen prosessinohjauksen kanssa
Nämä ominaisuudet tekevät laserteknologiasta erittäin monipuolisen ja päivitettävän prosessialustan, jota voidaan soveltaa perinteisistä kiteisestä piisoluista seuraavan sukupolven tandem-arkkitehtuureihin.

Keskeiset lasersovellukset valtavirran soluteknologioissa
1. PERC-solut: Kypsä laserprosessointimalli
PERC-teknologian (Passivated Emitter and Rear Cell) teollinen menestys liittyy läheisesti laajamittaiseen laserkäsittelyyn. Laserablaatiota käytetään alumiinioksidipassivointikerroksen selektiiviseen avaamiseen takapuolella, jolloin muodostuu paikallisia taustapinnan kontakteja säilyttäen samalla passivointiominaisuudet.
Lisäksi laserselektiivinen emitteri (SE) -doping mahdollistaa paikallisen raskaan dopingin etupuolen kontaktien alle, mikä vähentää kontaktin vastusta ja parantaa tyypillisesti kennojen tehokkuutta noin 0,3 %. Näiden laserprosessien kypsyys ja vakaus ovat tukeneet PERC-kennojen pitkäaikaista massatuotantoa ja markkina-asemaa.

2. TOPCon-kennot: Laserbooridoping läpimurtoprosessina
TOPCon-kennoissa (tunnelioksidipassivatoitu kontakti) käytetään N-tyypin piikiekkoja, jotka tarjoavat luontaisia ​​etuja varauksenkuljettajien selektiivisyydessä ja sähköisessä suorituskyvyssä. Perinteisessä korkean lämpötilan uunipohjaisessa booridiffuusiossa on kuitenkin haasteita, kuten korkea energiankulutus, hitaampi läpivirtaus ja lisääntynyt tunnelioksidin eheyden riski.
Laser-booridoping mahdollistaa paikallisen, erittäin nopean kuumennuksen, jolloin booriatomit voivat diffundoitua valikoivasti määrätyille alueille altistamatta koko kiekkoa korkeille lämpötiloille. Tämä lähestymistapa vähentää merkittävästi kosketusvastusta säilyttäen samalla passivoinnin laadun, ja sitä pidetään laajalti kriittisenä prosessina TOPCon-hyötysuhteen nostamiseksi yli 26 prosentin.

3. HJT-kennot: Laserilla indusoitu hehkutus rajapinnan optimoimiseksi
HJT-kennot (heteroliitoskennot) perustuvat amorfisiin piikerroksiin erinomaisen pintapassivoinnin saavuttamiseksi. Rajapintavirheet, kuten vapaita sidoksia, voivat kuitenkin edelleen johtaa varauksenkuljettajien rekombinaatioon.
Laserilla indusoitu hehkutus (LIA) käyttää kontrolloitua lasersäteilyä vedyn kulkeutumisen aktivoimiseksi amorfisen ja kiteisen piin rajapinnassa ja korjaa vikoja paikan päällä. Tämän prosessin on osoitettu parantavan avoimen piirin jännitettä (Voc) ja täyttökerrointa (FF), mikä tekee siitä käytännöllisen menetelmän HJT-hyötysuhteen optimointiin.

4. Perovskiitti- ja tandemsolut: laserpiirustus skaalautuvaa integrointia varten
Perovskiitti- ja perovskiitti/pii-tandemkennoissa laserkäsittely ei ole pelkästään valmistustyökalu, vaan myös rakenteellinen mahdollistaja. Standardin mukaiset P1-, P2- ja P3-laserpiirustusvaiheet määrittelevät elektrodin segmentoinnin, alikennon eristämisen ja sarjaan kytkemisen.
Toiminnallisten kerrosten haurauden ja vaihtelevan lämpöstabiilisuuden vuoksi laserkäsittely – kosketuksettomine ja erittäin tarkkoine ominaisuuksineen – on välttämätöntä korkean hyötysuhteen ja tasaisuuden saavuttamiseksi laaja-alaisissa laitteissa. Tämän seurauksena laserpiirrotusta pidetään yhtenä tandem-kennoteollisuuden ydinprosesseista.

Yleiskäyttöiset laserprosessit kustannusten alentamiseen ja saannon parantamiseen
Solukohtaisten sovellusten lisäksi laserteknologia tukee useita eri alustojen välisiä valmistusvaiheita:
* Laserpohjainen ruudukkosiirto: Mahdollistaa hienommat elektrodit ja paremman tasalaatuisuuden verrattuna silkkipainoon, mikä vähentää merkittävästi hopeapastan kulutusta, erityisesti matalan lämpötilan prosesseissa, kuten HJT:ssä.
* Vaurioitumaton laserleikkaus: Mahdollistaa tarkan puolikenno- ja monileikkausprosessoinnin pienemmällä mikrohalkeamien riskillä ja parantaa moduulin tehontuottoa.
* Laserreunan eristäminen ja passivointi: Korjaa reunavauriot leikkauksen jälkeen, vähentäen rekombinaatiohäviöitä ja edistäen moduulitason tehokkuuden kasvua.
Näillä yleisillä laserprosesseilla on tärkeä rooli wattikohtaisten kustannusten alentamisessa ja samalla kokonaistuotannon parantamisessa.

Lämmönhallinta : Vakaan laserkäsittelyn perusta
Aurinkopaneelien valmistuksen siirtyessä kohti suurempaa läpivirtausta ja pitkäkestoista jatkuvaa toimintaa, laserprosessin vakaus tulee yhä riippuvaisemmaksi tarkasta lämmönsäädöstä. Jopa pienet vaihtelut laserin tehossa voivat vaikuttaa suoraan kosketusresistanssiin, vikatiheyteen tai viivanleveyden tasaisuuteen.
Tuotantoympäristöissä laserlähteet ja optiset komponentit toimivat jatkuvan lämpökuormituksen alaisena. Luotettavat jäähdytys- ja lämpötilansäätöjärjestelmät ovat siksi välttämättömiä laserenergian vakauden ylläpitämiseksi, tehonvaihtelun minimoimiseksi ja toistettavuuden varmistamiseksi. Laserlähteiden, tehomoduulien ja optisten kokoonpanojen tehokas lämmönhallinta edistää suoraan korkeampaa saantoa ja prosessin kestävyyttä, erityisesti TOPCon-, HJT- ja tandem-soluissa, joissa on kapeammat prosessimarginaalit.
Suuritehoisiin lasersovelluksiin kehitetyt teollisuuden lämpötilansäätöratkaisut kehittyvät jatkuvasti kohti suurempaa vakautta, nopeampaa vasteaikaa ja pitkäaikaista käyttöluotettavuutta, mikä tarjoaa vankan perustan edistyneelle aurinkopaneelien valmistukselle.

Johtopäätös
PERC-kennojen laajamittaisesta kaupallistamisesta TOPCon- ja HJT-teknologioiden nopeaan käyttöönottoon ja edelleen tandem-arkkitehtuurien tutkimiseen, laserteknologia kulkee johdonmukaisesti aurinkokennojen valmistuksen kriittisimpien vaiheiden läpi. Vaikka se ei määrittele teoreettista hyötysuhteen rajaa, se määrää vahvasti, voidaanko kyseinen hyötysuhde tuottaa johdonmukaisesti, hallitusti ja skaalautuvasti.
Aurinkosähköteollisuuden kehittyessä kohti suurempaa tehokkuutta ja parempaa valmistuksen luotettavuutta laserkäsittely yhdessä sen vakauden varmistavan järjestelmätason tuen kanssa on edelleen keskeinen teknologisen kehityksen ja teollisuuden uudistamisen ajuri.