Den kritiske rollen til laserteknologi i produksjon av fotovoltaiske celler

Etter hvert som den fotovoltaiske (PV) industrien fortsetter å strebe etter høyere konverteringseffektivitet og lavere produksjonskostnader, har prosessteknologi blitt en avgjørende faktor for celleytelse og skalerbarhet. Fra PERC til TOPCon og HJT, og videre mot perovskitt- og tandemsolceller, blir cellearkitekturer stadig mer komplekse mens prosessvinduer blir smalere. Innenfor denne utviklingen har laserteknologi gått fra å være et støtteverktøy til en sentral produksjonskapasitet som underbygger flere generasjoner av høyeffektive PV-celler.

I PERC-produksjonslinjer muliggjør laserablasjon mikronivåmønstring av passiveringslag for å danne stabile lokale kontakter. I TOPCon-produksjon er laserbor-doping allment ansett som en nøkkelvei mot celleeffektivitet på over 26 %. I nye perovskitt- og tandemceller bestemmer laserskriving direkte om produksjon med stor areal og høy ensartethet er oppnåelig. Med sin kontaktløse natur, høye presisjon og minimale varmepåvirkede sone har laserteknologi blitt en uunnværlig faktor for effektivitetsforbedring og produksjonspålitelighet i hele PV-industrien.

Laserteknologi som et felles grunnlag for avansert PV-produksjon

Etter hvert som celleteknologien utvikler seg, står produsenter overfor flere felles utfordringer: finere strukturelle egenskaper, mer følsomme materialer og stadig strengere krav til avkastning. Laserprosessering løser disse utfordringene gjennom en unik kombinasjon av funksjoner:
* Kontaktfri behandling, unngår mekanisk stress og mikrosprekker
* Romlig kontroll på mikronnivå, egnet for fine og komplekse cellestrukturer
* Lokalisert, ultrakort energitilførsel, minimerer termisk skade
* Høy kompatibilitet med automatisering og digital prosesskontroll
Disse egenskapene gjør laserteknologi til en svært allsidig og oppgraderbar prosessplattform, som kan brukes fra konvensjonelle krystallinske silisiumceller til neste generasjons tandemarkitekturer.

Viktige laserapplikasjoner på tvers av vanlige celleteknologier
1. PERC-celler: En moden laserbehandlingsmodell
Den industrielle suksessen til PERC-teknologi (Passivated Emitter and Rear Cell) er nært knyttet til storskala laserprosessering. Laserablasjon brukes til å selektivt åpne aluminiumoksidpassiveringslaget på baksiden, og danne lokale kontakter mellom baksiden og samtidig bevare passiveringsytelsen.
I tillegg muliggjør laserselektiv emitter (SE)-doping lokalisert tung doping under frontkontakter, noe som reduserer kontaktmotstanden og vanligvis forbedrer celleeffektiviteten med rundt 0,3 %. Modenheten og stabiliteten til disse laserprosessene har støttet langsiktig masseproduksjon og markedsdominans av PERC-celler.

2. TOPCon-celler: Laserdoping med born som en banebrytende prosess
TOPCon-celler (tunneloksidpassiverte kontaktceller) bruker silisiumskiver av N-typen, noe som gir iboende fordeler innen bærerselektivitet og elektrisk ytelse. Imidlertid byr konvensjonell høytemperaturovnbasert bordiffusjon på utfordringer, inkludert høyt energiforbruk, lavere gjennomstrømning og økt risiko for tunneloksidintegriteten.
Laserdoping med born muliggjør lokalisert, ultrahurtig oppvarming, slik at boratomer kan diffundere selektivt inn i bestemte områder uten å utsette hele waferen for høye temperaturer. Denne tilnærmingen reduserer kontaktmotstanden betydelig samtidig som passiveringskvaliteten opprettholdes, og anses allment som en kritisk prosess for å presse TOPCon-effektiviteten utover 26 %.

3. HJT-celler: Laserindusert gløding for grensesnittoptimalisering
HJT-celler (heterojunksjon) bruker amorfe silisiumlag for utmerket overflatepassivering. Grensesnittdefekter, som dinglende bindinger, kan imidlertid fortsatt føre til rekombinasjon av bærere.
Laserindusert gløding (LIA) bruker kontrollert laserbestråling for å aktivere hydrogenmigrasjon ved grensesnittet mellom amorf og krystallinsk silisium, og reparerer defekter in situ. Denne prosessen har vist seg å forbedre åpen kretsspenning (Voc) og fyllingsfaktor (FF), noe som gjør den til en praktisk metode for effektivitetsoptimalisering av HJT.

4. Perovskitt- og tandemceller: Laserskriving for skalerbar integrasjon
I perovskitt- og perovskitt/silisium-tandemceller er laserprosessering ikke bare et produksjonsverktøy, men også en strukturell muliggjører. Standard P1-, P2- og P3-laserristingstrinn definerer elektrodesegmentering, subcelleisolasjon og seriekobling.
Gitt den skjøre naturen og varierte termiske stabiliteten til funksjonelle lag, er laserprosessering – med sine berøringsfrie og høypresisjonsegenskaper – avgjørende for å oppnå høy effektivitet og ensartethet i enheter med stort areal. Som et resultat regnes laserskriving som en av kjerneprosessene for tandemcelleindustrialisering.

Generelle laserprosesser for kostnadsreduksjon og forbedring av utbytte
Utover cellespesifikke applikasjoner støtter laserteknologi også flere produksjonstrinn på tvers av plattformer:
* Laserbasert rutenettoverføring: Muliggjør finere elektroder og forbedret konsistens sammenlignet med silketrykk, noe som reduserer forbruket av sølvpasta betydelig, spesielt i lavtemperaturprosesser som HJT.
* Skadefri laserkutting: Muliggjør presis halvcelle- og flerkuttsprosessering med redusert risiko for mikrosprekker, noe som forbedrer modulens effekt.
* Laserkantisolering og passivering: Reparerer kantskader etter skjæring, reduserer rekombinasjonstap og bidrar til effektivitetsgevinster på modulnivå.
Disse generelle laserprosessene spiller en viktig rolle i å senke kostnaden per watt, samtidig som de forbedrer det totale produksjonsutbyttet.

Termisk styring : Grunnlaget for stabil laserbehandling
Etter hvert som PV-produksjon beveger seg mot høyere gjennomstrømning og langvarig kontinuerlig drift, blir laserprosessstabilitet stadig mer avhengig av presis termisk kontroll. Selv små svingninger i laserutgangen kan direkte påvirke kontaktmotstand, defekttetthet eller linjebreddekonsistens.
I produksjonsmiljøer opererer laserkilder og optiske komponenter under vedvarende termiske belastninger. Pålitelige kjøle- og temperaturkontrollsystemer er derfor avgjørende for å opprettholde laserenergistabilitet, minimere effektdrift og sikre repeterbare prosesseringsresultater. Effektiv termisk styring av laserkilder, effektmoduler og optiske enheter bidrar direkte til høyere utbytte og prosessrobusthet, spesielt for TOPCon-, HJT- og tandemceller med smalere prosessmarginer.
Industrielle temperaturkontrollløsninger utviklet for høyeffektslaserapplikasjoner fortsetter å utvikle seg mot større stabilitet, raskere respons og langsiktig driftssikkerhet, noe som gir et solid grunnlag for avansert PV-produksjon.

Konklusjon
Fra storskala kommersialisering av PERC-celler til rask adopsjon av TOPCon- og HJT-teknologier, og videre til utforskningen av tandemarkitekturer, går laserteknologi konsekvent gjennom de mest kritiske trinnene i produksjon av solceller. Selv om den ikke definerer den teoretiske effektivitetsgrensen, avgjør den sterkt om denne effektiviteten kan produseres konsekvent, kontrollerbart og i stor skala.
Etter hvert som PV-industrien går mot høyere effektivitet og større produksjonspålitelighet, vil laserprosessering, sammen med systemnivåstøtten som sikrer stabilitet, forbli en grunnleggende drivkraft for teknologisk fremgang og industriell oppgradering.