फोटोवोल्टिक सेल निर्माण में लेजर प्रौद्योगिकी की महत्वपूर्ण भूमिका

फोटोवोल्टाइक (पीवी) उद्योग जैसे-जैसे उच्च रूपांतरण दक्षता और कम विनिर्माण लागत की दिशा में आगे बढ़ रहा है, प्रक्रिया प्रौद्योगिकी सेल के प्रदर्शन और स्केलेबिलिटी में एक निर्णायक कारक बन गई है। PERC से लेकर TOPCon और HJT तक, और आगे पेरोव्स्काइट और टैन्डम सौर सेल तक, सेल संरचनाएं तेजी से जटिल होती जा रही हैं जबकि प्रक्रिया के दायरे सीमित होते जा रहे हैं। इस विकास के भीतर, लेजर प्रौद्योगिकी एक सहायक उपकरण से एक प्रमुख विनिर्माण क्षमता में परिवर्तित हो गई है जो उच्च दक्षता वाले पीवी सेल की कई पीढ़ियों का आधार है।

PERC उत्पादन लाइनों में, लेजर एब्लेशन द्वारा पैसिविशन परतों की माइक्रोन-स्तर की पैटर्निंग करके स्थिर स्थानीय संपर्क बनाए जाते हैं। TOPCon निर्माण में, लेजर बोरोन डोपिंग को 26% से अधिक सेल दक्षता प्राप्त करने का एक प्रमुख मार्ग माना जाता है। उभरते पेरोव्स्काइट और टैन्डम सेलों में, लेजर स्क्राइबिंग सीधे तौर पर यह निर्धारित करती है कि बड़े क्षेत्र में उच्च एकरूपता वाला उत्पादन संभव है या नहीं। अपने गैर-संपर्क स्वरूप, उच्च परिशुद्धता और न्यूनतम ऊष्मा-प्रभावित क्षेत्र के कारण, लेजर तकनीक पीवी उद्योग में दक्षता सुधार और निर्माण विश्वसनीयता को बढ़ाने का एक अनिवार्य साधन बन गई है।

उन्नत सौर ऊर्जा उत्पादन के लिए लेजर प्रौद्योगिकी एक सामान्य आधार के रूप में

सेल प्रौद्योगिकियों में प्रगति के साथ, निर्माताओं को कई समान चुनौतियों का सामना करना पड़ता है: सूक्ष्म संरचनात्मक विशेषताएं, अधिक संवेदनशील सामग्री और लगातार सख्त होती उत्पादन आवश्यकताएं। लेजर प्रसंस्करण क्षमताओं के एक अद्वितीय संयोजन के माध्यम से इन चुनौतियों का समाधान करता है:
* बिना संपर्क के प्रसंस्करण, जिससे यांत्रिक तनाव और सूक्ष्म दरारों से बचा जा सकता है।
* सूक्ष्म और जटिल कोशिका संरचनाओं के लिए उपयुक्त, सूक्ष्म-स्तर का स्थानिक नियंत्रण।
* सीमित स्थान पर, अत्यंत कम समय के लिए ऊर्जा का उपयोग, जिससे ऊष्मीय क्षति न्यूनतम हो जाती है।
* स्वचालन और डिजिटल प्रक्रिया नियंत्रण के साथ उच्च अनुकूलता
इन विशेषताओं के कारण लेजर प्रौद्योगिकी एक अत्यंत बहुमुखी और उन्नयनीय प्रक्रिया मंच बन जाती है, जो पारंपरिक क्रिस्टलीय सिलिकॉन कोशिकाओं से लेकर अगली पीढ़ी के टैंडम आर्किटेक्चर तक में लागू होती है।

मुख्यधारा की सेल प्रौद्योगिकियों में लेजर के प्रमुख अनुप्रयोग
1. पीईआरसी सेल: एक परिपक्व लेजर प्रोसेसिंग मॉडल
PERC (पैसिवेटेड एमिटर एंड रियर सेल) तकनीक की औद्योगिक सफलता बड़े पैमाने पर लेजर प्रसंस्करण से जुड़ी हुई है। लेजर एब्लेशन का उपयोग करके पीछे की ओर एल्यूमीनियम ऑक्साइड की पैसिवेशन परत को चुनिंदा रूप से खोला जाता है, जिससे पैसिवेशन प्रदर्शन को बनाए रखते हुए स्थानीय बैक-सरफेस संपर्क बनते हैं।
इसके अतिरिक्त, लेजर सेलेक्टिव एमिटर (एसई) डोपिंग से फ्रंट-साइड कॉन्टैक्ट्स के नीचे स्थानीयकृत हेवी डोपिंग संभव हो पाती है, जिससे कॉन्टैक्ट रेजिस्टेंस कम हो जाता है और सेल की दक्षता में आमतौर पर लगभग 0.3% का सुधार होता है। इन लेजर प्रक्रियाओं की परिपक्वता और स्थिरता ने पीईआरसी सेलों के दीर्घकालिक बड़े पैमाने पर उत्पादन और बाजार में प्रभुत्व को बनाए रखने में मदद की है।

2. टॉपकॉन सेल्स: लेजर बोरोन डोपिंग एक अभूतपूर्व प्रक्रिया के रूप में
TOPCon (टनल ऑक्साइड पैसिवेटेड कॉन्टैक्ट) सेल N-टाइप सिलिकॉन वेफर्स का उपयोग करते हैं, जो कैरियर सेलेक्टिविटी और इलेक्ट्रिकल परफॉर्मेंस में अंतर्निहित लाभ प्रदान करते हैं। हालांकि, पारंपरिक उच्च-तापमान भट्टी-आधारित बोरोन डिफ्यूजन में कई चुनौतियां हैं, जिनमें उच्च ऊर्जा खपत, धीमी थ्रूपुट और टनल ऑक्साइड की अखंडता के लिए बढ़ा हुआ जोखिम शामिल है।
लेजर बोरॉन डोपिंग से स्थानीयकृत, अति-तीव्र तापन संभव हो पाता है, जिससे बोरॉन परमाणु पूरे वेफर को उच्च तापमान के संपर्क में लाए बिना चुनिंदा क्षेत्रों में फैल सकते हैं। यह विधि पैसिवेशन गुणवत्ता को बनाए रखते हुए संपर्क प्रतिरोध को काफी कम करती है और TOPCon की दक्षता को 26% से अधिक तक पहुंचाने के लिए एक महत्वपूर्ण प्रक्रिया मानी जाती है।

3. एचजेटी सेल: इंटरफ़ेस अनुकूलन के लिए लेजर-प्रेरित एनीलिंग
एचजेटी (हेटेरोजंक्शन) सेल उत्कृष्ट सतह निष्क्रियता के लिए अनाकार सिलिकॉन परतों पर निर्भर करते हैं। हालांकि, डैंगलिंग बॉन्ड जैसे इंटरफ़ेस दोष अभी भी वाहक पुनर्संयोजन का कारण बन सकते हैं।
लेजर-प्रेरित एनीलिंग (LIA) में नियंत्रित लेजर विकिरण का उपयोग करके अनाकार/क्रिस्टलीय सिलिकॉन इंटरफ़ेस पर हाइड्रोजन के स्थानांतरण को सक्रिय किया जाता है, जिससे दोषों की मरम्मत यथास्थान हो जाती है। यह प्रक्रिया ओपन-सर्किट वोल्टेज (Voc) और फिल फैक्टर (FF) को बेहतर बनाने में सहायक सिद्ध हुई है, जिससे यह HJT की दक्षता अनुकूलन के लिए एक व्यावहारिक विधि बन जाती है।

4. पेरोवस्काइट और टैन्डम सेल: स्केलेबल एकीकरण के लिए लेजर स्क्राइबिंग
पेरोवस्काइट और पेरोवस्काइट/सिलिकॉन टैन्डम सेल में, लेजर प्रोसेसिंग न केवल एक विनिर्माण उपकरण है बल्कि एक संरचनात्मक सहायक भी है। मानक P1, P2 और P3 लेजर स्क्राइबिंग चरण इलेक्ट्रोड विभाजन, उप-सेल अलगाव और श्रृंखला अंतर्संबंध को परिभाषित करते हैं।
कार्यात्मक परतों की नाजुक प्रकृति और भिन्न-भिन्न तापीय स्थिरता को देखते हुए, लेजर प्रसंस्करण—जो कि संपर्क रहित और उच्च परिशुद्धता वाली प्रक्रिया है—बड़े क्षेत्रफल वाले उपकरणों में उच्च दक्षता और एकरूपता प्राप्त करने के लिए आवश्यक है। परिणामस्वरूप, लेजर स्क्राइबिंग को टैंडम सेल के औद्योगीकरण के लिए प्रमुख प्रक्रियाओं में से एक माना जाता है।

लागत घटाने और उत्पादन बढ़ाने के लिए सामान्य प्रयोजन वाली लेजर प्रक्रियाएं
कोशिका-विशिष्ट अनुप्रयोगों के अलावा, लेजर प्रौद्योगिकी कई क्रॉस-प्लेटफ़ॉर्म विनिर्माण चरणों का भी समर्थन करती है:
* लेजर-आधारित ग्रिडलाइन स्थानांतरण: स्क्रीन प्रिंटिंग की तुलना में यह महीन इलेक्ट्रोड और बेहतर स्थिरता को सक्षम बनाता है, जिससे सिल्वर पेस्ट की खपत में काफी कमी आती है, खासकर एचजेटी जैसी कम तापमान वाली प्रक्रियाओं में।
* क्षतिरहित लेजर डाइसिंग: यह कम सूक्ष्म दरार जोखिम के साथ सटीक हाफ-सेल और मल्टी-कट प्रोसेसिंग की अनुमति देता है, जिससे मॉड्यूल की बिजली उत्पादन क्षमता में सुधार होता है।
* लेजर एज आइसोलेशन और पैसिवेशन: कटिंग के बाद किनारे की क्षति की मरम्मत करता है, जिससे रिकॉम्बिनेशन लॉस कम होता है और मॉड्यूल स्तर पर दक्षता में वृद्धि होती है।
ये सामान्य लेजर प्रक्रियाएं प्रति वाट लागत को कम करने के साथ-साथ समग्र विनिर्माण उपज में सुधार करने में महत्वपूर्ण भूमिका निभाती हैं।

थर्मल मैनेजमेंट : स्थिर लेजर प्रोसेसिंग की नींव
जैसे-जैसे पीवी उत्पादन उच्च उत्पादन क्षमता और लंबे समय तक निरंतर संचालन की ओर बढ़ रहा है, लेजर प्रक्रिया की स्थिरता सटीक तापीय नियंत्रण पर अधिकाधिक निर्भर होती जा रही है। लेजर आउटपुट में मामूली उतार-चढ़ाव भी संपर्क प्रतिरोध, दोष घनत्व या लाइन चौड़ाई की स्थिरता को सीधे प्रभावित कर सकता है।
उत्पादन वातावरण में, लेज़र स्रोत और ऑप्टिकल घटक निरंतर ऊष्मीय भार के अधीन कार्य करते हैं। इसलिए, लेज़र ऊर्जा स्थिरता बनाए रखने, बिजली के उतार-चढ़ाव को कम करने और प्रसंस्करण परिणामों की पुनरावृत्ति सुनिश्चित करने के लिए विश्वसनीय शीतलन और तापमान नियंत्रण प्रणालियाँ आवश्यक हैं। लेज़र स्रोतों, पावर मॉड्यूल और ऑप्टिकल असेंबली का प्रभावी ऊष्मीय प्रबंधन उच्च उत्पादन और प्रक्रिया की मजबूती में प्रत्यक्ष योगदान देता है, विशेष रूप से संकीर्ण प्रक्रिया मार्जिन वाले TOPCon, HJT और टैन्डम सेल के लिए।
उच्च-शक्ति वाले लेजर अनुप्रयोगों के लिए विकसित औद्योगिक तापमान नियंत्रण समाधान अधिक स्थिरता, तेज प्रतिक्रिया और दीर्घकालिक परिचालन विश्वसनीयता की दिशा में लगातार विकसित हो रहे हैं, जो उन्नत पीवी विनिर्माण के लिए एक ठोस आधार प्रदान करते हैं।

निष्कर्ष
पीईआरसी कोशिकाओं के बड़े पैमाने पर व्यावसायीकरण से लेकर टॉपकॉन और एचजेटी प्रौद्योगिकियों को तेजी से अपनाने और आगे चलकर टैन्डम आर्किटेक्चर की खोज तक, लेजर प्रौद्योगिकी फोटोवोल्टिक सेल निर्माण के सबसे महत्वपूर्ण चरणों में निरंतर भूमिका निभाती है। हालांकि यह सैद्धांतिक दक्षता सीमा को परिभाषित नहीं करती है, लेकिन यह इस बात को दृढ़ता से निर्धारित करती है कि उस दक्षता को निरंतर, नियंत्रणीय और बड़े पैमाने पर उत्पादित किया जा सकता है या नहीं।
जैसे-जैसे सौर ऊर्जा उद्योग उच्च दक्षता और अधिक विनिर्माण विश्वसनीयता की ओर बढ़ रहा है, लेजर प्रसंस्करण, साथ ही इसकी स्थिरता सुनिश्चित करने वाला सिस्टम-स्तरीय समर्थन, तकनीकी प्रगति और औद्योगिक उन्नयन का एक मूलभूत चालक बना रहेगा।