O papel fundamental da tecnoloxía láser na fabricación de células fotovoltaicas

A medida que a industria fotovoltaica (FV) continúa a buscar unha maior eficiencia de conversión e uns custos de fabricación máis baixos, a tecnoloxía de procesos converteuse nun factor decisivo no rendemento e a escalabilidade das células. Desde PERC ata TOPCon e HJT, e máis cara ás células solares de perovskita e tándem, as arquitecturas celulares son cada vez máis complexas, mentres que as ventás de proceso se fan máis estreitas. Dentro desta evolución, a tecnoloxía láser pasou de ser unha ferramenta de apoio a unha capacidade de fabricación básica que sustenta múltiples xeracións de células FV de alta eficiencia.

Nas liñas de produción de PERC, a ablación láser permite a creación de patróns a nivel de micras das capas de pasivación para formar contactos locais estables. Na fabricación de TOPCon, o dopado con boro láser considérase amplamente unha vía clave cara a eficiencias celulares superiores ao 26 %. Nas células emerxentes de perovskita e en tándem, o gravado láser determina directamente se se pode lograr unha produción de gran área e alta uniformidade. Coa súa natureza sen contacto, alta precisión e zona mínima afectada pola calor, a tecnoloxía láser converteuse nun facilitador indispensable da mellora da eficiencia e a fiabilidade da fabricación en toda a industria fotovoltaica.

Tecnoloxía láser como base común para a fabricación fotovoltaica avanzada

A medida que avanzan as tecnoloxías celulares, os fabricantes enfróntanse a varios desafíos comúns: características estruturais máis finas, materiais máis sensibles e requisitos de rendemento cada vez máis estritos. O procesamento láser aborda estes desafíos mediante unha combinación única de capacidades:
* Procesamento sen contacto, evitando tensións mecánicas e microfisuras
* Control espacial a nivel de micras, axeitado para estruturas celulares finas e complexas
* Entrada de enerxía localizada e ultracurta, que minimiza os danos térmicos
* Alta compatibilidade coa automatización e o control dixital de procesos
Estes atributos fan da tecnoloxía láser unha plataforma de procesos altamente versátil e actualizable, aplicable desde celas de silicio cristalino convencionais ata arquitecturas tándem de próxima xeración.

Aplicacións láser clave nas tecnoloxías celulares convencionais
1. Células PERC: un modelo maduro de procesamento láser
O éxito industrial da tecnoloxía PERC (Passivated Emitter and Rear Cell, Emisor e Cela Traseira Pasiva) está estreitamente ligado ao procesamento láser a grande escala. A ablación láser utilízase para abrir selectivamente a capa de pasivación de óxido de aluminio na parte traseira, formando contactos locais na superficie posterior e preservando o rendemento da pasivación.
Ademais, o dopaxe con emisor selectivo láser (SE) permite un dopaxe localizado e pesado debaixo dos contactos frontais, o que reduce a resistencia de contacto e, polo xeral, mellora a eficiencia das celas nun 0,3 %. A madurez e a estabilidade destes procesos láser apoiaron a produción en masa a longo prazo e o dominio do mercado das células PERC.

2. Células TOPCon: dopaxe con boro láser como proceso innovador
As células TOPCon (contacto pasivado por óxido de túnel) utilizan obleas de silicio de tipo N, o que ofrece vantaxes inherentes na selectividade do portador e no rendemento eléctrico. Non obstante, a difusión de boro convencional baseada en fornos de alta temperatura presenta desafíos, como un alto consumo de enerxía, un rendemento máis lento e un maior risco para a integridade do óxido de túnel.
O dopado con boro láser permite un quecemento localizado e ultrarrápido, o que permite que os átomos de boro se difundan selectivamente en rexións designadas sen expoñer toda a oblea a altas temperaturas. Esta estratexia reduce significativamente a resistencia de contacto e mantén a calidade da pasivación, e considérase amplamente un proceso fundamental para levar as eficiencias de TOPCon máis alá do 26 %.

3. Células HJT: recocido inducido por láser para a optimización da interface
As células HJT (heterounión) baséanse en capas de silicio amorfo para unha excelente pasivación superficial. Non obstante, os defectos da interface, como as unións colgantes, aínda poden levar á recombinación do portador.
O recocido inducido por láser (LIA) emprega irradiación láser controlada para activar a migración de hidróxeno na interface de silicio amorfo/cristalino, reparando defectos in situ. Demostrouse que este proceso mellora a tensión de circuíto aberto (Voc) e o factor de recheo (FF), o que o converte nun método práctico para a optimización da eficiencia do HJT.

4. Células de perovskita e tándem: rastro láser para unha integración escalable
Nas células en tándem de perovskita e perovskita/silicio, o procesamento láser non só é unha ferramenta de fabricación, senón tamén un facilitador estrutural. Os pasos estándar de gravado láser P1, P2 e P3 definen a segmentación de eléctrodos, o illamento de subcélulas e a interconexión en serie.
Dada a natureza fráxil e a estabilidade térmica variable das capas funcionais, o procesamento láser (coas súas características sen contacto e de alta precisión) é esencial para lograr unha alta eficiencia e uniformidade en dispositivos de gran superficie. Como resultado, o marcado láser considérase un dos procesos básicos para a industrialización de células en tándem.

Procesos láser de propósito xeral para a redución de custos e a mellora do rendemento
Ademais das aplicacións específicas para células, a tecnoloxía láser tamén admite varios pasos de fabricación multiplataforma:
* Transferencia de liñas de cuadrícula baseada en láser: permite electrodos máis finos e unha mellor consistencia en comparación coa serigrafía, o que reduce significativamente o consumo de pasta de prata, especialmente en procesos de baixa temperatura como a HJT.
* Corte por láser sen danos: permite un procesamento preciso de medias celas e varios cortes cun risco reducido de microfendas, mellorando a potencia de saída do módulo.
* Illamento e pasivación de bordos láser: Repara os danos nos bordos despois do corte, o que reduce as perdas por recombinación e contribúe a aumentar a eficiencia a nivel de módulo.
Estes procesos láser xerais desempeñan un papel importante na redución do custo por vatio e na mellora do rendemento xeral da fabricación.

Xestión térmica : a base do procesamento láser estable
A medida que a fabricación de fotovoltaica avanza cara a un maior rendemento e un funcionamento continuo de longa duración, a estabilidade do proceso láser depende cada vez máis dun control térmico preciso. Mesmo pequenas flutuacións na saída do láser poden afectar directamente a resistencia de contacto, a densidade de defectos ou a consistencia do ancho da liña.
Nos entornos de produción, as fontes láser e os compoñentes ópticos funcionan baixo cargas térmicas sostidas. Polo tanto, uns sistemas fiables de refrixeración e control da temperatura son esenciais para manter a estabilidade da enerxía láser, minimizar a deriva de potencia e garantir resultados de procesamento repetibles. Unha xestión térmica eficaz das fontes láser, os módulos de potencia e os conxuntos ópticos contribúe directamente a un maior rendemento e robustez do proceso, especialmente para TOPCon, HJT e celas en tándem con marxes de proceso máis estreitas.
As solucións industriais de control de temperatura desenvolvidas para aplicacións láser de alta potencia continúan evolucionando cara a unha maior estabilidade, unha resposta máis rápida e unha fiabilidade operativa a longo prazo, o que proporciona unha base sólida para a fabricación fotovoltaica avanzada.

Conclusión
Desde a comercialización a grande escala das células PERC ata a rápida adopción das tecnoloxías TOPCon e HJT, e ata a exploración de arquitecturas en tándem, a tecnoloxía láser percorre constantemente os pasos máis críticos da fabricación de células fotovoltaicas. Aínda que non define o límite teórico de eficiencia, determina fortemente se esa eficiencia pode producirse de forma consistente, controlable e a escala.
A medida que a industria fotovoltaica avanza cara a unha maior eficiencia e fiabilidade de fabricación, o procesamento láser, xunto co soporte a nivel de sistema que garante a súa estabilidade, seguirá sendo un motor fundamental do progreso tecnolóxico e da modernización industrial.