Ključna uloga laserske tehnologije u proizvodnji fotonaponskih ćelija

Kako fotonaponska (PV) industrija nastavlja težiti većoj učinkovitosti pretvorbe i nižim troškovima proizvodnje, procesna tehnologija postala je odlučujući čimbenik u performansama i skalabilnosti ćelija. Od PERC-a do TOPCon-a i HJT-a, pa dalje prema perovskitnim i tandemskim solarnim ćelijama, arhitekture ćelija postaju sve složenije, dok se procesni prozori smanjuju. Unutar ove evolucije, laserska tehnologija prešla je s pomoćnog alata na temeljnu proizvodnu sposobnost koja podupire više generacija visokoučinkovitih PV ćelija.

U PERC proizvodnim linijama, laserska ablacija omogućuje mikronsko uzorkovanje pasivizacijskih slojeva kako bi se formirali stabilni lokalni kontakti. U TOPCon proizvodnji, lasersko dopiranje borom se općenito smatra ključnim putem prema učinkovitosti ćelija većoj od 26%. U novim perovskitnim i tandemskim ćelijama, lasersko graviranje izravno određuje je li moguće postići proizvodnju velike površine i visoke ujednačenosti. Svojom beskontaktnom prirodom, visokom preciznošću i minimalnom zonom utjecaja topline, laserska tehnologija postala je nezamjenjiv čimbenik za poboljšanje učinkovitosti i pouzdanosti proizvodnje u fotonaponskoj industriji.

Laserska tehnologija kao zajednički temelj za naprednu proizvodnju fotonaponskih sustava

Kako stanične tehnologije napreduju, proizvođači se suočavaju s nekoliko zajedničkih izazova: finijim strukturnim značajkama, osjetljivijim materijalima i sve strožim zahtjevima za prinos. Laserska obrada rješava te izazove jedinstvenom kombinacijom mogućnosti:
* Beskontaktna obrada, izbjegavanje mehaničkog naprezanja i mikropukotina
* Prostorna kontrola na mikronskoj razini, pogodna za fine i složene stanične strukture
* Lokalizirani, ultrakratki unos energije, minimizirajući toplinska oštećenja
* Visoka kompatibilnost s automatizacijom i digitalnim upravljanjem procesima
Zbog ovih svojstava laserska tehnologija je vrlo svestrana i nadogradiva procesna platforma, primjenjiva od konvencionalnih kristalnih silicijskih ćelija do tandemskih arhitektura sljedeće generacije.

Ključne laserske primjene u glavnim staničnim tehnologijama
1. PERC ćelije: Zreli model laserske obrade
Industrijski uspjeh PERC (Passivated Emitter and Rear Cell) tehnologije usko je povezan s laserskom obradom velikih razmjera. Laserska ablacija koristi se za selektivno otvaranje sloja pasivizacije aluminijevog oksida na stražnjoj strani, stvarajući lokalne kontakte na stražnjoj površini uz očuvanje performansi pasivizacije.
Osim toga, dopiranje laserskim selektivnim emiterom (SE) omogućuje lokalizirano jako dopiranje ispod prednjih kontakata, smanjujući kontaktni otpor i obično poboljšavajući učinkovitost ćelije za oko 0,3%. Zrelost i stabilnost ovih laserskih procesa podržali su dugoročnu masovnu proizvodnju i tržišnu dominaciju PERC ćelija.

2. TOPCon ćelije: Lasersko dopiranje borom kao revolucionarni proces
TOPCon (Tunnel Oxide Passivated Contact) ćelije koriste silicijeve pločice N-tipa, nudeći inherentne prednosti u selektivnosti nosioca i električnim performansama. Međutim, konvencionalna difuzija bora na bazi visokotemperaturne peći predstavlja izazove, uključujući visoku potrošnju energije, sporiji protok i povećani rizik za integritet tunelskog oksida.
Lasersko dopiranje borom omogućuje lokalizirano, ultrabrzo zagrijavanje, dopuštajući atomima bora da selektivno difundiraju u određena područja bez izlaganja cijele pločice visokim temperaturama. Ovaj pristup značajno smanjuje kontaktni otpor uz održavanje kvalitete pasivizacije i općenito se smatra ključnim postupkom za podizanje učinkovitosti TOPCon-a iznad 26%.

3. HJT ćelije: Laserski inducirano žarenje za optimizaciju sučelja
HJT (heterospojne) ćelije oslanjaju se na slojeve amorfnog silicija za izvrsnu pasivizaciju površine. Međutim, defekti na površini, poput visećih veza, i dalje mogu dovesti do rekombinacije nosioca.
Laserski inducirano žarenje (LIA) koristi kontrolirano lasersko zračenje za aktiviranje migracije vodika na granici amorfnog/kristalnog silicija, popravljajući defekte in situ. Pokazalo se da ovaj proces poboljšava napon otvorenog kruga (Voc) i faktor punjenja (FF), što ga čini praktičnom metodom za optimizaciju učinkovitosti HJT-a.

4. Perovskitne i tandemske ćelije: Lasersko graviranje za skalabilnu integraciju
U perovskitnim i perovskitno/silicijskim tandemskim ćelijama, laserska obrada nije samo proizvodni alat već i strukturni omogućivač. Standardni koraci laserskog graviranja P1, P2 i P3 definiraju segmentaciju elektroda, izolaciju podćelija i serijsko međusobno spajanje.
S obzirom na krhku prirodu i raznoliku toplinsku stabilnost funkcionalnih slojeva, laserska obrada - sa svojim beskontaktnim i visokopreciznim karakteristikama - ključna je za postizanje visoke učinkovitosti i ujednačenosti u uređajima velike površine. Kao rezultat toga, lasersko graviranje smatra se jednim od ključnih procesa za industrijalizaciju tandemskih ćelija.

Općenamjenski laserski postupci za smanjenje troškova i poboljšanje prinosa
Osim specifičnih primjena za ćelije, laserska tehnologija također podržava nekoliko višeplatformskih proizvodnih koraka:
* Prijenos mreže laserom: Omogućuje finije elektrode i poboljšanu konzistenciju u usporedbi sa sitotiskom, značajno smanjujući potrošnju srebrne paste, posebno u procesima na niskim temperaturama kao što je HJT.
* Lasersko rezanje bez oštećenja: Omogućuje preciznu obradu polućelija i višestrukih rezova sa smanjenim rizikom od mikropukotina, poboljšavajući izlaznu snagu modula.
* Izolacija i pasivizacija laserskog ruba: Popravlja oštećenja ruba nakon rezanja, smanjujući gubitke rekombinacije i doprinoseći povećanju učinkovitosti na razini modula.
Ovi opći laserski procesi igraju važnu ulogu u smanjenju troškova po vatu, a istovremeno poboljšavaju ukupni prinos proizvodnje.

Toplinsko upravljanje : Temelj stabilne laserske obrade
Kako se proizvodnja fotonaponskih sustava kreće prema većoj propusnosti i dugotrajnom kontinuiranom radu, stabilnost laserskog procesa sve više ovisi o preciznoj toplinskoj kontroli. Čak i male fluktuacije u laserskom izlazu mogu izravno utjecati na kontaktni otpor, gustoću nedostataka ili konzistentnost širine linije.
U proizvodnim okruženjima, laserski izvori i optičke komponente rade pod stalnim toplinskim opterećenjima. Pouzdani sustavi hlađenja i kontrole temperature stoga su ključni za održavanje stabilnosti laserske energije, minimiziranje pomicanja snage i osiguravanje ponovljivih rezultata obrade. Učinkovito termičko upravljanje laserskim izvorima, energetskim modulima i optičkim sklopovima izravno doprinosi većem prinosu i robusnosti procesa, posebno za TOPCon, HJT i tandem ćelije s užim procesnim marginama.
Industrijska rješenja za kontrolu temperature razvijena za primjenu lasera velike snage nastavljaju se razvijati prema većoj stabilnosti, bržem odzivu i dugoročnoj operativnoj pouzdanosti, pružajući čvrstu osnovu za naprednu proizvodnju fotonaponskih sustava.

Zaključak
Od komercijalizacije PERC ćelija velikih razmjera do brzog usvajanja TOPCon i HJT tehnologija, pa sve do istraživanja tandemskih arhitektura, laserska tehnologija dosljedno prolazi kroz najkritičnije korake proizvodnje fotonaponskih ćelija. Iako ne definira teorijsku granicu učinkovitosti, snažno određuje može li se ta učinkovitost proizvesti dosljedno, kontrolirano i u velikim razmjerima.
Kako fotonaponska industrija napreduje prema većoj učinkovitosti i pouzdanosti proizvodnje, laserska obrada, zajedno s podrškom na razini sustava koja osigurava njezinu stabilnost, ostat će temeljni pokretač tehnološkog napretka i industrijske modernizacije.