Lāzertehnoloģijas kritiskā loma fotoelektrisko elementu ražošanā

Fotoelektrisko (FV) elementu nozarei turpinot tiekties pēc augstākas konversijas efektivitātes un zemākām ražošanas izmaksām, procesu tehnoloģija ir kļuvusi par izšķirošu faktoru šūnu veiktspējas un mērogojamības ziņā. No PERC līdz TOPCon un HJT, un tālāk uz perovskīta un tandēma saules baterijām, šūnu arhitektūras kļūst arvien sarežģītākas, savukārt procesu logi sašaurinās. Šīs evolūcijas gaitā lāzertehnoloģija ir mainījusies no atbalsta instrumenta uz galveno ražošanas iespēju, kas ir pamatā vairākām augstas efektivitātes FV bateriju paaudzēm.

PERC ražošanas līnijās lāzera ablācija ļauj pasivācijas slāņus veidot mikronu līmeņa rakstura veidošanas ceļā, lai veidotu stabilus lokālus kontaktus. TOPCon ražošanā lāzera bora dopings tiek plaši uzskatīts par galveno ceļu uz šūnu efektivitāti, kas pārsniedz 26%. Jaunajās perovskīta un tandēma šūnās lāzera skrāpēšana tieši nosaka, vai ir sasniedzama liela laukuma, augstas vienmērības ražošana. Pateicoties tās bezkontakta raksturam, augstajai precizitātei un minimālajai termiski ietekmētajai zonai, lāzera tehnoloģija ir kļuvusi par neaizstājamu efektivitātes uzlabošanas un ražošanas uzticamības veicinātāju visā PV nozarē.

Lāzertehnoloģija kā kopīgs pamats progresīvai fotoelektrisko elementu ražošanai

Lāzertehnoloģijām attīstoties, ražotāji saskaras ar vairākām kopīgām problēmām: smalkākām strukturālām īpašībām, jutīgākiem materiāliem un arvien stingrākām ražības prasībām. Lāzerapstrāde risina šīs problēmas, izmantojot unikālu iespēju kombināciju:
* Bezkontakta apstrāde, izvairoties no mehāniskas slodzes un mikroplaisām
* Mikronu līmeņa telpiskā kontrole, piemērota smalkām un sarežģītām šūnu struktūrām
* Lokalizēta, īpaši īsa enerģijas padeve, kas samazina termiskos bojājumus
* Augsta saderība ar automatizāciju un digitālo procesu vadību
Šīs īpašības padara lāzertehnoloģiju par ļoti daudzpusīgu un uzlabojamu procesu platformu, ko var izmantot gan parastajās kristāliskā silīcija šūnās, gan nākamās paaudzes tandēma arhitektūrās.

Galvenie lāzeru pielietojumi galvenajās šūnu tehnoloģijās
1. PERC šūnas: nobriedis lāzera apstrādes modelis
PERC (pasivētā emitera un aizmugurējās šūnas) tehnoloģijas rūpnieciskie panākumi ir cieši saistīti ar liela mēroga lāzerapstrādi. Lāzera ablācija tiek izmantota, lai selektīvi atvērtu alumīnija oksīda pasivācijas slāni aizmugurē, veidojot lokālus aizmugurējās virsmas kontaktus, vienlaikus saglabājot pasivācijas veiktspēju.
Turklāt lāzera selektīvā emitera (SE) dopings nodrošina lokalizētu smago dopingu zem priekšējās puses kontaktiem, samazinot kontakta pretestību un parasti uzlabojot šūnu efektivitāti par aptuveni 0,3 %. Šo lāzerprocesu briedums un stabilitāte ir veicinājusi PERC šūnu ilgtermiņa masveida ražošanu un dominējošo stāvokli tirgū.

2. TOPCon šūnas: lāzera bora dopings kā revolucionārs process
TOPCon (tuneļa oksīda pasivētā kontakta) šūnas izmanto N tipa silīcija plāksnes, kas piedāvā būtiskas priekšrocības nesēju selektivitātes un elektriskās veiktspējas ziņā. Tomēr parastā augstas temperatūras krāsns bora difūzija rada izaicinājumus, tostarp augstu enerģijas patēriņu, lēnāku caurlaidspēju un paaugstinātu tuneļa oksīda integritātes risku.
Lāzera bora dopings nodrošina lokalizētu, īpaši ātru karsēšanu, ļaujot bora atomiem selektīvi difundēt noteiktos reģionos, nepakļaujot visu vafeli augstām temperatūrām. Šī pieeja ievērojami samazina kontakta pretestību, vienlaikus saglabājot pasivācijas kvalitāti, un tiek plaši uzskatīta par kritiski svarīgu procesu, lai palielinātu TOPCon efektivitāti virs 26%.

3. HJT šūnas: lāzera inducēta atkvēlināšana saskarnes optimizācijai
HJT (heterojunction) šūnas izmanto amorfā silīcija slāņus, lai nodrošinātu izcilu virsmas pasivāciju. Tomēr saskarnes defekti, piemēram, brīvi brīvas saites, joprojām var izraisīt nesēju rekombināciju.
Lāzera inducētā atkvēlināšana (LIA) izmanto kontrolētu lāzera apstarošanu, lai aktivizētu ūdeņraža migrāciju amorfā/kristāliskā silīcija saskarnē, novēršot defektus uz vietas. Ir pierādīts, ka šis process uzlabo atvērtās ķēdes spriegumu (Voc) un aizpildījuma koeficientu (FF), padarot to par praktisku metodi HJT efektivitātes optimizēšanai.

4. Perovskīta un tandēma šūnas: lāzera skrāpēšana mērogojamai integrācijai
Perovskīta un perovskīta/silīcija tandēma šūnās lāzerapstrāde ir ne tikai ražošanas rīks, bet arī strukturāls veicinātājs. Standarta P1, P2 un P3 lāzera rakstīšanas soļi nosaka elektrodu segmentāciju, apakššūnu izolāciju un virknes savienošanu.
Ņemot vērā funkcionālo slāņu trauslo raksturu un mainīgo termisko stabilitāti, lāzerapstrāde — ar tās bezkontakta un augstas precizitātes īpašībām — ir būtiska, lai panāktu augstu efektivitāti un vienmērīgumu liela laukuma ierīcēs. Tā rezultātā lāzergravēšana tiek uzskatīta par vienu no galvenajiem tandēma šūnu industrializācijas procesiem.

Vispārējas nozīmes lāzerprocesi izmaksu samazināšanai un ražas uzlabošanai
Papildus konkrētai šūnai paredzētiem lietojumiem lāzertehnoloģija atbalsta arī vairākus starpplatformu ražošanas posmus:
* Lāzera režģa pārnešana: ļauj iegūt smalkākus elektrodus un uzlabotu konsistenci salīdzinājumā ar sietspiedi, ievērojami samazinot sudraba pastas patēriņu, īpaši zemas temperatūras procesos, piemēram, HJT.
* Bojājumu neradoša lāzergriešana: ļauj veikt precīzu pusšūnu un vairāku griezumu apstrādi ar samazinātu mikroplaisu risku, uzlabojot moduļa jaudas izvadi.
* Lāzera malu izolācija un pasivācija: Novērš malu bojājumus pēc griešanas, samazinot rekombinācijas zudumus un veicinot moduļu līmeņa efektivitātes pieaugumu.
Šiem vispārējiem lāzerprocesiem ir svarīga loma izmaksu samazināšanā uz vatu, vienlaikus uzlabojot kopējo ražošanas ražu.

Termiskā pārvaldība : stabilas lāzerapstrādes pamats
Tā kā PV ražošana virzās uz lielāku caurlaidspēju un ilgstošu nepārtrauktu darbību, lāzerprocesa stabilitāte arvien vairāk kļūst atkarīga no precīzas termiskās kontroles. Pat nelielas lāzera jaudas svārstības var tieši ietekmēt kontakta pretestību, defektu blīvumu vai līnijas platuma vienmērīgumu.
Ražošanas vidē lāzera avoti un optiskie komponenti darbojas ilgstošas ​​termiskās slodzes apstākļos. Tāpēc uzticamas dzesēšanas un temperatūras kontroles sistēmas ir būtiskas, lai saglabātu lāzera enerģijas stabilitāti, samazinātu jaudas novirzi un nodrošinātu atkārtojamus apstrādes rezultātus. Efektīva lāzera avotu, jaudas moduļu un optisko mezglu termiskā pārvaldība tieši veicina lielāku ražu un procesa noturību, jo īpaši TOPCon, HJT un tandēma šūnām ar šaurākām procesa rezervēm.
Rūpnieciskie temperatūras kontroles risinājumi, kas izstrādāti lieljaudas lāzera lietojumprogrammām, turpina attīstīties, lai panāktu lielāku stabilitāti, ātrāku reaģēšanu un ilgtermiņa darbības uzticamību, nodrošinot stabilu pamatu progresīvai fotoelektrisko elementu ražošanai.

Secinājums
Sākot ar PERC šūnu liela mēroga komercializāciju un beidzot ar TOPCon un HJT tehnoloģiju straujo ieviešanu un tālāk līdz pat tandēma arhitektūru izpētei, lāzertehnoloģija konsekventi iziet cauri vissvarīgākajiem fotoelektrisko šūnu ražošanas posmiem. Lai gan tā nenosaka teorētisko efektivitātes robežu, tā lielā mērā nosaka, vai šo efektivitāti var panākt konsekventi, kontrolējami un plašā mērogā.
Fotoelektrisko elementu nozarei virzoties uz augstāku efektivitāti un lielāku ražošanas uzticamību, lāzerapstrāde kopā ar sistēmas līmeņa atbalstu, kas nodrošina tās stabilitāti, joprojām būs būtisks tehnoloģiskā progresa un rūpnieciskās modernizācijas virzītājspēks.