De cruciale rol van lasertechnologie in de productie van fotovoltaïsche cellen

Naarmate de fotovoltaïsche (PV) industrie blijft streven naar een hogere conversie-efficiëntie en lagere productiekosten, is procestechnologie een doorslaggevende factor geworden voor de prestaties en schaalbaarheid van zonnecellen. Van PERC tot TOPCon en HJT, en verder naar perovskiet- en tandemzonnecellen, worden celarchitecturen steeds complexer, terwijl de procesvensters steeds smaller worden. Binnen deze evolutie is lasertechnologie verschoven van een ondersteunend hulpmiddel naar een kernproductiemogelijkheid die ten grondslag ligt aan meerdere generaties hoogrenderende PV-cellen.

In PERC-productielijnen maakt laserablatie het mogelijk om passiveringslagen op micronniveau te patteren, waardoor stabiele lokale contacten ontstaan. Bij de productie van TOPCon-cellen wordt laserboron-dotering algemeen beschouwd als een belangrijke manier om celrendementen van meer dan 26% te bereiken. Bij opkomende perovskiet- en tandemcellen bepaalt lasersnijden direct of grootschalige productie met hoge uniformiteit haalbaar is. Dankzij het contactloze karakter, de hoge precisie en de minimale warmte-beïnvloede zone is lasertechnologie een onmisbare factor geworden voor het verbeteren van de efficiëntie en de betrouwbaarheid van de productie in de PV-industrie.

Lasertechnologie als gemeenschappelijke basis voor geavanceerde PV-productie

Naarmate celtechnologieën zich verder ontwikkelen, worden fabrikanten geconfronteerd met een aantal gemeenschappelijke uitdagingen: fijnere structurele kenmerken, gevoeligere materialen en steeds strengere opbrengsteisen. Laserbewerking biedt een oplossing voor deze uitdagingen door een unieke combinatie van mogelijkheden:
* Contactloze verwerking, waardoor mechanische spanning en micro-scheurtjes worden vermeden
* Ruimtelijke controle op micronniveau, geschikt voor fijne en complexe celstructuren
* Gerichte, ultrakorte energietoevoer, waardoor thermische schade tot een minimum wordt beperkt
* Hoge compatibiliteit met automatisering en digitale procesbesturing
Deze eigenschappen maken lasertechnologie tot een zeer veelzijdig en uitbreidbaar procesplatform, toepasbaar van conventionele kristallijne siliciumcellen tot tandemarchitecturen van de volgende generatie.

Belangrijke lasertoepassingen in gangbare celtechnologieën
1. PERC-cellen: een volwaardig laserbewerkingsmodel
Het industriële succes van de PERC-technologie (Passivated Emitter and Rear Cell) is nauw verbonden met grootschalige laserbewerking. Laserablatie wordt gebruikt om de passiveringslaag van aluminiumoxide aan de achterzijde selectief te openen, waardoor lokale contacten aan het achteroppervlak ontstaan ​​met behoud van de passiveringseigenschappen.
Bovendien maakt laserselectieve emitter (SE)-dotering gelokaliseerde zware dotering mogelijk onder de contacten aan de voorzijde, waardoor de contactweerstand wordt verlaagd en de celrendement doorgaans met ongeveer 0,3% toeneemt. De volwassenheid en stabiliteit van deze laserprocessen hebben de massaproductie en marktdominantie van PERC-cellen op de lange termijn mogelijk gemaakt.

2. TOPCon-cellen: Laserboron-dotering als baanbrekend proces
TOPCon (Tunnel Oxide Passivated Contact) cellen maken gebruik van N-type siliciumwafers, wat inherente voordelen biedt op het gebied van ladingsdragerselectiviteit en elektrische prestaties. De conventionele, op hoge temperatuur gebaseerde boordiffusie kent echter uitdagingen, waaronder een hoog energieverbruik, een lagere doorvoersnelheid en een verhoogd risico op beschadiging van de tunneloxide.
Lasergestuurde boriumdotering maakt gelokaliseerde, ultrasnelle verwarming mogelijk, waardoor boriumatomen selectief in specifieke gebieden kunnen diffunderen zonder de gehele wafer aan hoge temperaturen bloot te stellen. Deze aanpak vermindert de contactweerstand aanzienlijk, terwijl de passiveringskwaliteit behouden blijft, en wordt algemeen beschouwd als een cruciaal proces om de TOPCon-efficiëntie boven de 26% te tillen.

3. HJT-cellen: Laser-geïnduceerde gloeibehandeling voor interface-optimalisatie
HJT-cellen (heterojunctiecellen) zijn afhankelijk van amorfe siliciumlagen voor een uitstekende oppervlaktepassivering. Interfacedefecten zoals onverzadigde bindingen kunnen echter nog steeds leiden tot ladingsdragerrecombinatie.
Laser-geïnduceerde gloeiing (LIA) maakt gebruik van gecontroleerde laserbestraling om waterstofmigratie te activeren aan het grensvlak tussen amorf en kristallijn silicium, waardoor defecten ter plaatse worden hersteld. Dit proces heeft aangetoond de open-circuitspanning (Voc) en de vulfactor (FF) te verbeteren, waardoor het een praktische methode is voor het optimaliseren van de efficiëntie van HJT's.

4. Perovskiet- en tandemcellen: lasersnijden voor schaalbare integratie
Bij perovskiet- en perovskiet/silicium-tandemcellen is laserbewerking niet alleen een productiemiddel, maar ook een structurele factor. De standaard P1-, P2- en P3-laserbewerkingsstappen definiëren de segmentatie van elektroden, de isolatie van subcellen en de serieschakeling.
Gezien de fragiele aard en de uiteenlopende thermische stabiliteit van functionele lagen, is laserbewerking – met zijn contactloze en uiterst precieze eigenschappen – essentieel voor het bereiken van een hoge efficiëntie en uniformiteit in apparaten met een groot oppervlak. Daarom wordt lasersnijden beschouwd als een van de kernprocessen voor de industrialisatie van tandemcellen.

Algemene laserprocessen voor kostenreductie en opbrengstverbetering
Naast celspecifieke toepassingen ondersteunt lasertechnologie ook diverse platformoverschrijdende productiestappen:
* Lasergebaseerde rasterlijnoverdracht: Maakt fijnere elektroden en een betere consistentie mogelijk in vergelijking met zeefdruk, waardoor het verbruik van zilverpasta aanzienlijk wordt verminderd, met name bij processen bij lage temperaturen zoals HJT.
* Schadevrij lasersnijden: Maakt nauwkeurige verwerking van halfcellen en meerdere sneden mogelijk met een verminderd risico op microscheurtjes, waardoor het vermogen van de module wordt verbeterd.
* Laserrandisolatie en -passivering: Herstelt randbeschadigingen na het snijden, vermindert recombinatieverliezen en draagt ​​bij aan efficiëntiewinsten op module-niveau.
Deze algemene laserprocessen spelen een belangrijke rol bij het verlagen van de kosten per watt en het verbeteren van de algehele productieopbrengst.

Thermisch beheer : de basis voor stabiele laserbewerking
Naarmate de productie van fotovoltaïsche cellen zich ontwikkelt naar hogere doorvoersnelheden en langdurige continue werking, wordt de stabiliteit van het laserproces steeds afhankelijker van nauwkeurige thermische regeling. Zelfs kleine schommelingen in het laservermogen kunnen direct van invloed zijn op de contactweerstand, de defectdichtheid of de consistentie van de lijnbreedte.
In productieomgevingen werken laserbronnen en optische componenten onder constante thermische belasting. Betrouwbare koel- en temperatuurregelsystemen zijn daarom essentieel voor het handhaven van de energiestabiliteit van de laser, het minimaliseren van vermogensdrift en het garanderen van herhaalbare verwerkingsresultaten. Effectief thermisch beheer van laserbronnen, vermogensmodules en optische assemblages draagt ​​direct bij aan een hogere opbrengst en procesrobuustheid, met name voor TOPCon-, HJT- en tandemcellen met kleinere procesmarges.
Industriële temperatuurregelingsoplossingen, ontwikkeld voor krachtige laserapplicaties, blijven zich ontwikkelen richting grotere stabiliteit, snellere respons en operationele betrouwbaarheid op lange termijn, en vormen daarmee een solide basis voor geavanceerde PV-productie.

Conclusie
Van de grootschalige commercialisering van PERC-cellen tot de snelle toepassing van TOPCon- en HJT-technologieën, en verder tot het verkennen van tandemarchitecturen, speelt lasertechnologie een steeds cruciale rol in de meest essentiële stappen van de productie van fotovoltaïsche cellen. Hoewel lasertechnologie de theoretische efficiëntielimiet niet definieert, bepaalt ze wel in belangrijke mate of die efficiëntie consistent, beheersbaar en op grote schaal kan worden bereikt.
Naarmate de PV-industrie zich ontwikkelt richting hogere efficiëntie en grotere productiebetrouwbaarheid, zal laserbewerking, samen met de systeemondersteuning die de stabiliteit ervan waarborgt, een fundamentele drijfveer blijven voor technologische vooruitgang en industriële modernisering.