התפקיד הקריטי של טכנולוגיית לייזר בייצור תאים פוטו-וולטאיים

ככל שתעשיית הפוטו-וולטאית (PV) ממשיכה לשאוף ליעילות המרה גבוהה יותר ועלויות ייצור נמוכות יותר, טכנולוגיית התהליך הפכה לגורם מכריע בביצועי התאים ובמדרגיותם. מ-PERC ל-TOPCon ו-HJT, והמשך לעבר תאים סולאריים פרובסקיט וטנדם, ארכיטקטורות התאים הופכות מורכבות יותר ויותר בעוד שחלונות התהליך הולכים ומצטמצמים. במסגרת התפתחות זו, טכנולוגיית הלייזר עברה מכלי תומך ליכולת ייצור מרכזית התומכת בדורות מרובים של תאי PV בעלי יעילות גבוהה.

בקווי ייצור של PERC, אבלציה בלייזר מאפשרת יצירת דוגמאות ברמת מיקרון של שכבות פסיבציה ליצירת מגעים מקומיים יציבים. בייצור TOPCon, סימום בורון בלייזר נחשב באופן נרחב לדרך מפתח לעבר יעילות תאים העולה על 26%. בתאי פרובסקיט וטנדם מתפתחים, חריטה בלייזר קובעת ישירות האם ייצור בשטח גדול ובאחידות גבוהה אפשרי. הודות לאופיה ללא מגע, דיוק גבוה ואזור מינימלי המושפע מחום, טכנולוגיית הלייזר הפכה לגורם חיוני לשיפור יעילות ואמינות ייצור ברחבי תעשיית הפוטו-וולטאית.

טכנולוגיית לייזר כבסיס משותף לייצור מתקדם של מערכות פוטו-וולטאיות

עם התקדמות טכנולוגיות התא, יצרנים מתמודדים עם מספר אתגרים משותפים: מאפיינים מבניים עדינים יותר, חומרים רגישים יותר ודרישות תפוקה מחמירות יותר ויותר. עיבוד לייזר מטפל באתגרים אלה באמצעות שילוב ייחודי של יכולות:
* עיבוד ללא מגע, הימנעות מלחץ מכני וסדקים זעירים
* שליטה מרחבית ברמת מיקרון, מתאימה למבני תאים עדינים ומורכבים
* קלט אנרגיה מקומי וקצרה במיוחד, הממזער נזק תרמי
* תאימות גבוהה עם אוטומציה ובקרת תהליכים דיגיטלית
תכונות אלו הופכות את טכנולוגיית הלייזר לפלטפורמת תהליך רב-תכליתית וניתנת לשדרוג, החל מתאי סיליקון גבישי קונבנציונליים ועד לארכיטקטורות טנדם מהדור הבא.

יישומי לייזר מרכזיים בטכנולוגיות תאים מרכזיות
1. תאי PERC: מודל עיבוד לייזר בוגר
ההצלחה התעשייתית של טכנולוגיית PERC (Passivated Emitter and Rear Cell) קשורה קשר הדוק לעיבוד לייזר בקנה מידה גדול. אבלציה בלייזר משמשת לפתיחה סלקטיבית של שכבת הפסיבציה של תחמוצת האלומיניום בצד האחורי, ויצירת מגעים מקומיים בין פני השטח האחוריים תוך שמירה על ביצועי הפסיבציה.
בנוסף, סימום באמצעות פולט סלקטיבי בלייזר (SE) מאפשר סימום כבד מקומי מתחת למגעים בצד הקדמי, מה שמפחית את התנגדות המגע ובדרך כלל משפר את יעילות התא בכ-0.3%. הבשלות והיציבות של תהליכי לייזר אלה תמכו בייצור המוני ארוך טווח ובדומיננטיות בשוק של תאי PERC.

2. תאי TOPCon: סימום בורון בלייזר כתהליך פורץ דרך
תאי TOPCon (Tunnel Oxide Passivated Contact) משתמשים בפרוסות סיליקון מסוג N, המציעות יתרונות אינהרנטיים בסלקטיביות נושאי מטען וביצועים חשמליים. עם זאת, דיפוזיה בורון קונבנציונלית המבוססת על תנור בטמפרטורה גבוהה מציבה אתגרים, כולל צריכת אנרגיה גבוהה, תפוקה איטית יותר וסיכון מוגבר לשלמות תחמוצת המנהרה.
סימום בורון בלייזר מאפשר חימום מקומי ומהיר במיוחד, המאפשר לאטומי בורון לפזר באופן סלקטיבי לאזורים ייעודיים מבלי לחשוף את כל הוופל לטמפרטורות גבוהות. גישה זו מפחיתה משמעותית את התנגדות המגע תוך שמירה על איכות הפסיבציה ונחשבת באופן נרחב לתהליך קריטי להעלאת יעילות TOPCon מעבר ל-26%.

3. תאי HJT: חישול מושרה לייזר לאופטימיזציה של ממשק
תאי HJT (הטרוג'נקשן) מסתמכים על שכבות סיליקון אמורפיות לפסיבציה מעולה על פני השטח. עם זאת, פגמים בממשק כמו קשרים תלויים עדיין יכולים להוביל לרקומבינציה של נושאי מטען.
חישול מושרה בלייזר (LIA) משתמש בקרינת לייזר מבוקרת כדי להפעיל נדידת מימן בממשק הסיליקון האמורפי/גבישי, ולתקן פגמים באתר. תהליך זה הוכח כמשפר את מתח המעגל הפתוח (Voc) ואת גורם המילוי (FF), מה שהופך אותו לשיטה מעשית לאופטימיזציה של יעילות HJT.

4. תאי פרובסקיט ותאי טנדם: חריטה בלייזר לאינטגרציה ניתנת להרחבה
בתאי טנדם פרובסקיט ופרובסקיט/סיליקון, עיבוד לייזר אינו רק כלי ייצור אלא גם מאפשר מבני. שלבי חריטה סטנדרטיים בלייזר P1, P2 ו-P3 מגדירים פילוח אלקטרודות, בידוד תת-תאים וחיבור טורי.
בהתחשב באופיין השברירי וביציבות התרמית המגוונת של שכבות פונקציונליות, עיבוד לייזר - עם מאפייניו ללא מגע ודיוק גבוה - חיוני להשגת יעילות ואחידות גבוהות במכשירים בעלי שטח גדול. כתוצאה מכך, חריטה בלייזר נחשבת לאחד התהליכים המרכזיים בתיעוש תאי טנדם.

תהליכי לייזר למטרות כלליות להפחתת עלויות ושיפור תפוקה
מעבר ליישומים ספציפיים לתאים, טכנולוגיית הלייזר תומכת גם במספר שלבי ייצור חוצי פלטפורמות:
* העברת קווי רשת מבוססת לייזר: מאפשרת אלקטרודות עדינות יותר ועקביות משופרת בהשוואה להדפסת משי, מה שמפחית משמעותית את צריכת משחת הכסף, במיוחד בתהליכים בטמפרטורה נמוכה כמו הדפסת משחה (HJT).
* חיתוך לייזר ללא נזק: מאפשר עיבוד מדויק של חצאי תאים וחיתוכים מרובים עם סיכון מופחת לסדקים מיקרוסקופיים, ומשפר את תפוקת ההספק של המודול.
בידוד ופסיביזציה של קצה לייזר: תיקון נזקי קצה לאחר חיתוך, הפחתת הפסדי רקומבינציה ותורם לשיפורי יעילות ברמת המודול.
תהליכי לייזר כלליים אלה ממלאים תפקיד חשוב בהורדת העלות לוואט תוך שיפור התפוקה הכוללת של הייצור.

ניהול תרמי : היסודות של עיבוד לייזר יציב
ככל שייצור פוטוולטאים נע לעבר תפוקה גבוהה יותר ופעולה רציפה לאורך זמן, יציבות תהליך הלייזר הופכת תלויה יותר ויותר בבקרה תרמית מדויקת. אפילו תנודות קלות בפלט הלייזר יכולות להשפיע ישירות על התנגדות המגע, צפיפות הפגמים או עקביות רוחב הקו.
בסביבות ייצור, מקורות לייזר ורכיבים אופטיים פועלים תחת עומסים תרמיים מתמשכים. לכן, מערכות קירור ובקרת טמפרטורה אמינות חיוניות לשמירה על יציבות אנרגיית הלייזר, למזעור סחף הספק ולהבטחת תוצאות עיבוד חוזרות. ניהול תרמי יעיל של מקורות לייזר, מודולי הספק ומכלולים אופטיים תורם ישירות לתפוקה גבוהה יותר ולחוסן התהליך, במיוחד עבור תאי TOPCon, HJT ותאי טנדם עם שולי תהליך צרים יותר.
פתרונות בקרת טמפרטורה תעשייתיים שפותחו עבור יישומי לייזר בעלי הספק גבוה ממשיכים להתפתח לעבר יציבות רבה יותר, תגובה מהירה יותר ואמינות תפעולית ארוכת טווח, ומספקים בסיס איתן לייצור סוללות פוטו-וולטאיות מתקדמות.

מַסְקָנָה
החל מהמסחור בקנה מידה גדול של תאי PERC ועד לאימוץ המהיר של טכנולוגיות TOPCon ו-HJT, ועד לחקר ארכיטקטורות טנדם, טכנולוגיית הלייזר עוברת באופן עקבי דרך השלבים הקריטיים ביותר של ייצור תאים פוטו-וולטאיים. אמנם היא אינה מגדירה את גבול היעילות התיאורטי, אך היא קובעת במידה רבה האם ניתן לייצר יעילות זו באופן עקבי, מבוקר ובקנה מידה גדול.
ככל שתעשיית הפוטו-וולטאית מתקדמת לעבר יעילות גבוהה יותר ואמינות ייצור גדולה יותר, עיבוד לייזר, יחד עם התמיכה ברמת המערכת המבטיחה את יציבותו, יישארו גורם מהותי להתקדמות טכנולוגית ולשדרוג תעשייתי.