O papel crucial da tecnologia laser na fabricação de células fotovoltaicas.

À medida que a indústria fotovoltaica (FV) continua a buscar maior eficiência de conversão e custos de fabricação mais baixos, a tecnologia de processo tornou-se um fator decisivo no desempenho e na escalabilidade das células. De PERC a TOPCon e HJT, e ainda mais em direção às células solares de perovskita e tandem, as arquiteturas das células estão se tornando cada vez mais complexas, enquanto as janelas de processo se tornam mais estreitas. Dentro dessa evolução, a tecnologia laser passou de uma ferramenta de apoio para uma capacidade de fabricação essencial que sustenta múltiplas gerações de células FV de alta eficiência.

Nas linhas de produção de células PERC, a ablação a laser permite a padronização em nível micrométrico das camadas de passivação para formar contatos locais estáveis. Na fabricação de TOPCon, a dopagem a laser com boro é amplamente considerada um caminho fundamental para alcançar eficiências de células superiores a 26%. Em células perovskitas e tandem emergentes, a gravação a laser determina diretamente a viabilidade da produção em larga escala e com alta uniformidade. Com sua natureza sem contato, alta precisão e zona afetada pelo calor mínima, a tecnologia a laser tornou-se um facilitador indispensável para a melhoria da eficiência e da confiabilidade da fabricação em toda a indústria fotovoltaica.

Tecnologia laser como base comum para a fabricação avançada de painéis fotovoltaicos.

Com o avanço das tecnologias celulares, os fabricantes enfrentam diversos desafios comuns: características estruturais mais refinadas, materiais mais sensíveis e requisitos de rendimento cada vez mais rigorosos. O processamento a laser aborda esses desafios por meio de uma combinação exclusiva de recursos:
Processamento sem contato, evitando tensões mecânicas e microfissuras.
* Controle espacial em nível micrométrico, adequado para estruturas celulares finas e complexas.
* Entrada de energia localizada e ultracurta, minimizando danos térmicos.
* Alta compatibilidade com automação e controle de processos digitais
Esses atributos fazem da tecnologia laser uma plataforma de processo altamente versátil e atualizável, aplicável desde células de silício cristalino convencionais até arquiteturas tandem de próxima geração.

Principais aplicações do laser em tecnologias celulares convencionais
1. Células PERC: Um Modelo Maduro de Processamento a Laser
O sucesso industrial da tecnologia PERC (Passivated Emitter and Rear Cell) está intimamente ligado ao processamento a laser em larga escala. A ablação a laser é usada para abrir seletivamente a camada de passivação de óxido de alumínio na parte traseira, formando contatos locais na superfície posterior e preservando o desempenho da passivação.
Além disso, a dopagem seletiva a laser do emissor (SE) permite uma dopagem localizada e intensa sob os contatos frontais, reduzindo a resistência de contato e, tipicamente, melhorando a eficiência da célula em cerca de 0,3%. A maturidade e a estabilidade desses processos a laser têm sustentado a produção em massa a longo prazo e o domínio de mercado das células PERC.

2. Células TOPCon: Dopagem a laser com boro como um processo inovador
As células TOPCon (Tunnel Oxide Passivated Contact) utilizam wafers de silício tipo N, oferecendo vantagens inerentes em seletividade de portadores e desempenho elétrico. No entanto, a difusão de boro convencional em forno de alta temperatura apresenta desafios, incluindo alto consumo de energia, menor produtividade e maior risco à integridade do óxido de tunelamento.
A dopagem a laser com boro permite um aquecimento localizado e ultrarrápido, possibilitando que os átomos de boro se difundam seletivamente em regiões específicas sem expor toda a pastilha a altas temperaturas. Essa abordagem reduz significativamente a resistência de contato, mantendo a qualidade da passivação, e é amplamente considerada um processo crucial para elevar a eficiência da tecnologia TOPCon acima de 26%.

3. Células HJT: Recozimento induzido por laser para otimização da interface
As células HJT (heterojunção) dependem de camadas de silício amorfo para uma excelente passivação da superfície. No entanto, defeitos na interface, como ligações pendentes, ainda podem levar à recombinação de portadores.
O recozimento induzido por laser (LIA, na sigla em inglês) utiliza irradiação a laser controlada para ativar a migração de hidrogênio na interface silício amorfo/cristalino, reparando defeitos in situ. Este processo demonstrou melhorar a tensão de circuito aberto (Voc) e o fator de preenchimento (FF), tornando-se um método prático para a otimização da eficiência de transistores de heterojunção de hidrogênio (HJT).

4. Células de perovskita e em tandem: corte a laser para integração escalável
Em células de perovskita e células tandem de perovskita/silício, o processamento a laser não é apenas uma ferramenta de fabricação, mas também um facilitador estrutural. As etapas padrão de corte a laser P1, P2 e P3 definem a segmentação dos eletrodos, o isolamento das subcélulas e a interconexão em série.
Devido à natureza frágil e à estabilidade térmica variável das camadas funcionais, o processamento a laser — com suas características de não contato e alta precisão — é essencial para alcançar alta eficiência e uniformidade em dispositivos de grande área. Consequentemente, a gravação a laser é considerada um dos processos fundamentais para a industrialização de células tandem.

Processos a laser de uso geral para redução de custos e melhoria de rendimento
Além das aplicações específicas para cada tipo de célula, a tecnologia laser também oferece suporte a diversas etapas de fabricação multiplataforma:
* Transferência por linhas de grade a laser: Permite eletrodos mais finos e maior consistência em comparação com a serigrafia, reduzindo significativamente o consumo de pasta de prata, especialmente em processos de baixa temperatura, como o HJT.
* Corte a laser sem danos: Permite o processamento preciso de meia célula e cortes múltiplos com risco reduzido de microfissuras, melhorando a potência de saída do módulo.
* Isolamento e passivação de borda a laser: Repara danos nas bordas após o corte, reduzindo perdas por recombinação e contribuindo para ganhos de eficiência em nível de módulo.
Esses processos gerais a laser desempenham um papel importante na redução do custo por watt, ao mesmo tempo que melhoram o rendimento geral da fabricação.

Gestão Térmica : A Base para um Processamento a Laser Estável
À medida que a fabricação de painéis fotovoltaicos avança em direção a maior produtividade e operação contínua de longa duração, a estabilidade do processo a laser torna-se cada vez mais dependente do controle térmico preciso. Mesmo pequenas flutuações na potência do laser podem afetar diretamente a resistência de contato, a densidade de defeitos ou a consistência da largura da linha.
Em ambientes de produção, as fontes de laser e os componentes ópticos operam sob cargas térmicas constantes. Portanto, sistemas confiáveis ​​de resfriamento e controle de temperatura são essenciais para manter a estabilidade da energia do laser, minimizar a deriva de potência e garantir resultados de processamento repetíveis. O gerenciamento térmico eficaz de fontes de laser, módulos de potência e conjuntos ópticos contribui diretamente para maior rendimento e robustez do processo, principalmente para células TOPCon, HJT e tandem com margens de processo mais estreitas.
As soluções industriais de controle de temperatura desenvolvidas para aplicações de laser de alta potência continuam a evoluir em direção a maior estabilidade, resposta mais rápida e confiabilidade operacional a longo prazo, fornecendo uma base sólida para a fabricação avançada de painéis fotovoltaicos.

Conclusão
Desde a comercialização em larga escala das células PERC até a rápida adoção das tecnologias TOPCon e HJT, e posteriormente à exploração de arquiteturas tandem, a tecnologia laser permeia consistentemente as etapas mais críticas da fabricação de células fotovoltaicas. Embora não defina o limite teórico de eficiência, ela determina fortemente se essa eficiência pode ser produzida de forma consistente, controlável e em escala.
À medida que a indústria fotovoltaica avança rumo a uma maior eficiência e confiabilidade de fabricação, o processamento a laser, juntamente com o suporte em nível de sistema que garante sua estabilidade, continuará sendo um fator fundamental para o progresso tecnológico e a modernização industrial.