Svarbus lazerinės technologijos vaidmuo fotovoltinių elementų gamyboje

Fotovoltinių (FV) elementų pramonei ir toliau siekiant didesnio konversijos efektyvumo ir mažesnių gamybos sąnaudų, procesų technologijos tapo lemiamu veiksniu, lemiančiu elementų našumą ir mastelio keitimą. Nuo PERC iki TOPCon ir HJT, o toliau – perovskito ir tandeminių saulės elementų, elementų architektūros tampa vis sudėtingesnės, o procesų langai siaurėja. Šios evoliucijos metu lazerių technologija iš pagalbinio įrankio virto pagrindine gamybos galimybe, kuria grindžiamos kelios didelio efektyvumo FV elementų kartos.

PERC gamybos linijose lazerinė abliacija leidžia mikronų lygmens pasyvavimo sluoksnius modeliuoti, kad būtų suformuoti stabilūs vietiniai kontaktai. TOPCon gamyboje lazerinis boro legiravimas yra plačiai laikomas pagrindiniu būdu siekiant elementų efektyvumo, viršijančio 26 %. Besiformuojančiuose perovskito ir tandeminiuose elementuose lazerinis įbrėžimas tiesiogiai lemia, ar galima pasiekti didelio ploto, labai vienodą gamybą. Dėl savo bekontakčio pobūdžio, didelio tikslumo ir minimalios karščio paveiktos zonos lazerinė technologija tapo nepakeičiama efektyvumo didinimo ir gamybos patikimumo užtikrinimo priemone visoje FV pramonėje.

Lazerinė technologija kaip bendras pažangios fotovoltinių elementų gamybos pagrindas

Tobulėjant ląstelių technologijoms, gamintojai susiduria su keletu bendrų iššūkių: smulkesnėmis struktūrinėmis savybėmis, jautresnėmis medžiagomis ir vis griežtesniais našumo reikalavimais. Lazerinis apdirbimas sprendžia šiuos iššūkius unikaliu galimybių deriniu:
* Bekontaktis apdorojimas, vengiant mechaninio įtempio ir mikro įtrūkimų
* Mikronų lygio erdvinis valdymas, tinkantis smulkioms ir sudėtingoms ląstelių struktūroms
* Lokalizuotas, itin trumpas energijos tiekimas, sumažinantis šiluminę žalą
* Didelis suderinamumas su automatizavimu ir skaitmeniniu procesų valdymu
Dėl šių savybių lazerių technologija yra labai universali ir atnaujinama procesų platforma, taikoma tiek įprastiems kristalinio silicio elementams, tiek naujos kartos tandeminėms architektūroms.

Pagrindinės lazerių taikymo sritys pagrindinėse ląstelių technologijose
1. PERC ląstelės: brandus lazerinio apdorojimo modelis
PERC (pasyvuoto emiterio ir galinio elemento) technologijos pramoninė sėkmė yra glaudžiai susijusi su didelio masto lazeriniu apdorojimu. Lazerinė abliacija naudojama selektyviai atverti aliuminio oksido pasyvavimo sluoksnį galinėje pusėje, suformuojant vietinius galinio paviršiaus kontaktus, išsaugant pasyvavimo savybes.
Be to, lazerio selektyvaus spinduolio (SE) legiravimas leidžia lokalizuoti sunkų legiravimą po priekiniais kontaktais, sumažinant kontaktinę varžą ir paprastai padidinant elementų efektyvumą maždaug 0,3 %. Šių lazerinių procesų branda ir stabilumas lėmė ilgalaikę masinę PERC elementų gamybą ir dominavimą rinkoje.

2. TOPCon ląstelės: lazerinis boro legiravimas kaip proveržio procesas
TOPCon (tunelinio oksido pasivuoto kontakto) elementuose naudojamos N tipo silicio plokštelės, pasižyminčios krūvininkų selektyvumu ir elektrinėmis savybėmis. Tačiau įprastinė boro difuzija aukštos temperatūros krosnyje kelia iššūkių, įskaitant dideles energijos sąnaudas, mažesnį pralaidumą ir didesnę tunelio oksido vientisumo riziką.
Lazerinis boro legiravimas leidžia lokalizuotai ir itin greitai kaitinti, leisdamas boro atomams selektyviai difunduoti į tam skirtas sritis, nepaveikiant visos plokštelės aukšta temperatūra. Šis metodas žymiai sumažina kontaktinę varžą, išlaikant pasyvavimo kokybę, ir yra plačiai laikomas svarbiu procesu, siekiant padidinti TOPCon efektyvumą virš 26 %.

3. HJT ląstelės: lazeriu indukuotas atkaitinimas sąsajos optimizavimui
HJT (heterojungčių) elementuose naudojami amorfinio silicio sluoksniai, užtikrinantys puikų paviršiaus pasyvavimą. Tačiau sąsajos defektai, tokie kaip kabančios jungtys, vis tiek gali sukelti krūvininkų rekombinaciją.
Lazeriu indukuotas atkaitinimas (LIA) naudoja kontroliuojamą lazerio spinduliuotę, kad suaktyvintų vandenilio migraciją amorfinio/kristalinio silicio sąsajoje, vietoje taisant defektus. Įrodyta, kad šis procesas pagerina atvirosios grandinės įtampą (Voc) ir užpildymo koeficientą (FF), todėl tai yra praktiškas HJT efektyvumo optimizavimo metodas.

4. Perovskito ir tandeminės ląstelės: lazerinis braižymas keičiamo mastelio integracijai
Perovskito ir perovskito/silicio tandeminėse ląstelėse lazerinis apdorojimas yra ne tik gamybos įrankis, bet ir struktūrinis veiksnys. Standartiniai P1, P2 ir P3 lazerinio braižymo etapai apibrėžia elektrodų segmentavimą, pocelės izoliaciją ir nuoseklųjį sujungimą.
Atsižvelgiant į funkcinių sluoksnių trapumą ir skirtingą terminį stabilumą, lazerinis apdorojimas, pasižymintis nekontaktinėmis ir didelio tikslumo savybėmis, yra būtinas siekiant didelio efektyvumo ir vienodumo didelio ploto įrenginiuose. Todėl lazerinis įbrėžimas laikomas vienu iš pagrindinių tandeminių elementų industrializacijos procesų.

Bendrosios paskirties lazeriniai procesai sąnaudoms mažinti ir našumui didinti
Be konkrečioms ląstelėms skirtų pritaikymų, lazerių technologija taip pat palaiko kelis skirtingų platformų gamybos etapus:
* Lazerinis tinklelio perkėlimas: leidžia gauti smulkesnius elektrodus ir geresnę konsistenciją, palyginti su šilkografija, todėl žymiai sumažėja sidabro pastos sunaudojimas, ypač žemos temperatūros procesuose, tokiuose kaip HJT.
* Lazerinis pjaustymas be pažeidimų: leidžia tiksliai apdoroti pusceles ir kelis pjūvius, sumažinant mikroįtrūkimų riziką ir pagerinant modulio galią.
* Lazerinis kraštų izoliavimas ir pasyvavimas: Pataiso kraštų pažeidimus po pjovimo, sumažindamas rekombinacijos nuostolius ir prisidėdamas prie modulio lygio efektyvumo padidėjimo.
Šie bendrieji lazeriniai procesai atlieka svarbų vaidmenį mažinant kainą už vatą ir kartu gerinant bendrą gamybos našumą.

Šilumos valdymas : stabilaus lazerinio apdorojimo pagrindas
Fotovoltinių elementų gamybai pereinant prie didesnio našumo ir ilgalaikio nepertraukiamo veikimo, lazerinio proceso stabilumas vis labiau priklauso nuo tikslaus šiluminio valdymo. Net ir nedideli lazerio išvesties svyravimai gali tiesiogiai paveikti kontaktinę varžą, defektų tankį ar linijos pločio nuoseklumą.
Gamybos aplinkoje lazeriniai šaltiniai ir optiniai komponentai veikia esant nuolatinėms šiluminėms apkrovoms. Todėl patikimos aušinimo ir temperatūros valdymo sistemos yra būtinos norint išlaikyti lazerio energijos stabilumą, sumažinti galios dreifą ir užtikrinti pasikartojančius apdorojimo rezultatus. Efektyvus lazerinių šaltinių, galios modulių ir optinių mazgų šilumos valdymas tiesiogiai prisideda prie didesnio našumo ir proceso patikimumo, ypač TOPCon, HJT ir tandeminėse ląstelėse su siauresnėmis proceso ribomis.
Didelės galios lazerių taikymams sukurti pramoniniai temperatūros valdymo sprendimai toliau tobulėja siekiant didesnio stabilumo, greitesnio reagavimo ir ilgalaikio eksploatacinio patikimumo, taip sukurdami tvirtą pagrindą pažangiai PV gamybai.

Išvada
Nuo didelio masto PERC elementų komercializavimo iki spartaus TOPCon ir HJT technologijų diegimo ir tandeminių architektūrų tyrinėjimo – lazerių technologija nuosekliai atlieka svarbiausius fotovoltinių elementų gamybos etapus. Nors ji neapibrėžia teorinės efektyvumo ribos, ji labai lemia, ar tą efektyvumą galima pasiekti nuosekliai, kontroliuojamai ir dideliu mastu.
Fotovoltinių elementų pramonei siekiant didesnio efektyvumo ir gamybos patikimumo, lazerinis apdirbimas kartu su sisteminiu palaikymu, užtikrinančiu jo stabilumą, išliks pagrindine technologinės pažangos ir pramonės modernizavimo varomąja jėga.