A lézertechnológia kritikus szerepe a fotovoltaikus cellák gyártásában

Ahogy a fotovoltaikus (PV) iparág továbbra is a nagyobb konverziós hatékonyság és az alacsonyabb gyártási költségek felé törekszik, a folyamattechnológia döntő tényezővé vált a cellateljesítmény és a skálázhatóság szempontjából. A PERC-től a TOPCon és HJT technológián át, valamint a perovszkit és tandem napelemek felé a cellaarchitektúrák egyre összetettebbek, miközben a folyamatablakok szűkülnek. Ezen fejlődésen belül a lézertechnológia a támogató eszközből egy alapvető gyártási képességgé vált, amely a nagy hatékonyságú fotovoltaikus cellák több generációjának alapját képezi.

A PERC gyártósorokon a lézeres abláció lehetővé teszi a passziváló rétegek mikron szintű mintázását, stabil lokális érintkezések létrehozása érdekében. A TOPCon gyártásban a lézeres bór-adalékolást széles körben a 26%-ot meghaladó cellahatékonyság elérésének kulcsfontosságú útjának tekintik. A feltörekvő perovszkit és tandem cellákban a lézeres írás közvetlenül meghatározza, hogy elérhető-e nagy felületű, nagy egyenletességű gyártás. Érintésmentes jellegének, nagy pontosságának és minimális hőhatásövezetének köszönhetően a lézertechnológia nélkülözhetetlen eszközzé vált a hatékonyságnövelés és a gyártási megbízhatóság terén a fotovoltaikus iparágban.

Lézertechnológia, mint a fejlett napelemes gyártás közös alapja

A cellatechnológiák fejlődésével a gyártók számos közös kihívással szembesülnek: finomabb szerkezeti jellemzők, érzékenyebb anyagok és egyre szigorúbb hozamkövetelmények. A lézeres megmunkálás ezeket a kihívásokat a képességek egyedülálló kombinációjával kezeli:
* Érintésmentes feldolgozás, elkerülve a mechanikai igénybevételt és a mikrorepedések kialakulását
* Mikron szintű térbeli szabályozás, alkalmas finom és összetett sejtszerkezetekhez
* Lokalizált, ultrarövid energiabevitel, minimalizálva a hőkárosodást
* Magas szintű kompatibilitás az automatizálással és a digitális folyamatirányítással
Ezek a tulajdonságok teszik a lézertechnológiát rendkívül sokoldalúvá és fejleszthető folyamatplatformmá, amely a hagyományos kristályos szilícium celláktól a következő generációs tandem architektúrákig alkalmazható.

Főbb lézeralkalmazások a mainstream cellatechnológiákban
1. PERC cellák: Egy kiforrott lézeres feldolgozási modell
A PERC (passzivált emitter és hátsó cella) technológia ipari sikere szorosan összefügg a nagyméretű lézeres megmunkálással. A lézeres ablációt az alumínium-oxid passziváló réteg szelektív megnyitására használják a hátoldalon, helyi hátoldali érintkezéseket hozva létre, miközben megőrzik a passzivációs teljesítményt.
Ezenkívül a lézerszelektív emitter (SE) adalékolás lehetővé teszi a lokalizált, nehéz adalékolást az elülső oldali érintkezők alatt, csökkentve az érintkezési ellenállást és jellemzően körülbelül 0,3%-kal javítva a cella hatékonyságát. Ezen lézerfolyamatok kiforrottsága és stabilitása támogatta a PERC cellák hosszú távú tömegtermelését és piaci dominanciáját.

2. TOPCon cellák: Lézeres bórdopping, mint áttörést jelentő eljárás
A TOPCon (alagút-oxid passzivált kontakt) cellák N-típusú szilíciumlapkákat használnak, amelyek a töltéshordozó-szelektivitás és az elektromos teljesítmény terén rejlő előnyöket kínálnak. A hagyományos, magas hőmérsékletű kemencében végzett bórdiffúzió azonban kihívásokat jelent, beleértve a magas energiafogyasztást, a lassabb áteresztőképességet és az alagút-oxid integritásának fokozott kockázatát.
A lézeres bór-adalékolás lokalizált, ultragyors hevítést tesz lehetővé, lehetővé téve a bóratomok szelektív diffúzióját a kijelölt régiókba anélkül, hogy a teljes ostyát magas hőmérsékletnek tennék ki. Ez a megközelítés jelentősen csökkenti az érintkezési ellenállást, miközben megőrzi a passziválás minőségét, és széles körben kritikus folyamatnak tekintik a TOPCon hatékonyságának 26% fölé emeléséhez.

3. HJT cellák: Lézerrel indukált hőkezelés az interfész optimalizálásához
A HJT (heteroátmenetes) cellák amorf szilíciumrétegekre támaszkodnak a kiváló felületi passziváció érdekében. Azonban a határfelületi hibák, mint például a lógó kötések, továbbra is töltéshordozó-rekombinációhoz vezethetnek.
A lézerindukált hőkezelés (LIA) szabályozott lézerbesugárzást használ a hidrogénmigráció aktiválására az amorf/kristályos szilícium határfelületen, a hibákat in situ javítva. Kimutatták, hogy ez az eljárás javítja a nyitott áramkörű feszültséget (Voc) és a kitöltési tényezőt (FF), így praktikus módszerré válik a HJT hatékonyságának optimalizálására.

4. Perovszkit és tandem cellák: Lézeres írás a skálázható integrációhoz
A perovszkit és a perovszkit/szilícium tandem cellákban a lézeres megmunkálás nemcsak gyártási eszköz, hanem szerkezeti tényező is. A szabványos P1, P2 és P3 lézeres írási lépések határozzák meg az elektróda szegmentálását, az alcellák izolálását és a soros összekapcsolást.
A funkcionális rétegek törékeny természete és változó hőstabilitása miatt a lézeres megmunkálás – érintésmentes és nagy pontosságú jellemzőivel – elengedhetetlen a nagy felületű eszközök nagy hatékonyságának és egyenletességének eléréséhez. Ennek eredményeként a lézeres írás a tandemcellás iparosítás egyik alapvető folyamatának tekinthető.

Általános célú lézeres eljárások a költségek csökkentése és a hozam növelése érdekében
A cellaspecifikus alkalmazásokon túl a lézertechnológia számos platformfüggetlen gyártási lépést is támogat:
* Lézeralapú rácsvonal-átvitel: Finomabb elektródákat és jobb állagot tesz lehetővé a szitanyomáshoz képest, jelentősen csökkentve az ezüstpaszta-fogyasztást, különösen alacsony hőmérsékletű eljárásoknál, például a HJT-nél.
* Sérülésmentes lézeres kockázás: Lehetővé teszi a precíz félcellás és többvágásos megmunkálást, csökkentve a mikrorepedések kockázatát, javítva a modul teljesítményét.
* Lézeres élszigetelés és passziválás: Kijavítja a vágás utáni élkárosodást, csökkentve a rekombinációs veszteségeket és hozzájárulva a modul szintű hatékonyságnövekedéshez.
Ezek az általános lézeres eljárások fontos szerepet játszanak a wattonkénti költség csökkentésében, miközben javítják az általános gyártási hozamot.

Hőkezelés : A stabil lézeres megmunkálás alapjai
Ahogy a fotovoltaikus gyártás a nagyobb áteresztőképesség és a hosszú távú folyamatos működés felé halad, a lézerfolyamat stabilitása egyre inkább a pontos hőszabályozástól függ. A lézerteljesítmény még a kismértékű ingadozása is közvetlenül befolyásolhatja az érintkezési ellenállást, a hibasűrűséget vagy a vonalszélesség állandóságát.
Gyártási környezetben a lézerforrások és az optikai alkatrészek tartós hőterhelés alatt működnek. Ezért a megbízható hűtési és hőmérséklet-szabályozó rendszerek elengedhetetlenek a lézerenergia stabilitásának fenntartásához, a teljesítményeltolódás minimalizálásához és az ismételhető feldolgozási eredmények biztosításához. A lézerforrások, teljesítménymodulok és optikai egységek hatékony hőkezelése közvetlenül hozzájárul a nagyobb hozamhoz és a folyamat robusztusságához, különösen a szűkebb feldolgozási határokkal rendelkező TOPCon, HJT és tandem cellák esetében.
A nagy teljesítményű lézeres alkalmazásokhoz kifejlesztett ipari hőmérséklet-szabályozási megoldások folyamatosan fejlődnek a nagyobb stabilitás, a gyorsabb válaszidő és a hosszú távú üzembiztonság felé, szilárd alapot teremtve a fejlett fotovoltaikus gyártáshoz.

Következtetés
A PERC cellák nagymértékű kereskedelmi forgalomba hozatalától a TOPCon és HJT technológiák gyors elterjedésén át a tandem architektúrák feltárásáig a lézertechnológia következetesen végigmegy a fotovoltaikus cellagyártás legfontosabb lépésein. Bár nem határozza meg az elméleti hatékonysági határt, erősen meghatározza, hogy ez a hatékonyság következetesen, szabályozottan és nagy léptékben előállítható-e.
Ahogy a fotovoltaikus iparág a nagyobb hatékonyság és a nagyobb gyártási megbízhatóság felé halad, a lézeres megmunkálás, valamint a stabilitását biztosító rendszerszintű támogatás továbbra is a technológiai fejlődés és az ipari korszerűsítés alapvető mozgatórugója marad.