Rolul critic al tehnologiei laser în fabricarea celulelor fotovoltaice

Pe măsură ce industria fotovoltaică (PV) continuă să urmărească o eficiență de conversie mai mare și costuri de fabricație mai mici, tehnologia de proces a devenit un factor decisiv în performanța și scalabilitatea celulelor. De la PERC la TOPCon și HJT, și mai departe către celulele solare perovskite și tandem, arhitecturile celulelor devin din ce în ce mai complexe, în timp ce ferestrele de proces se îngustează. În cadrul acestei evoluții, tehnologia laser a trecut de la un instrument de suport la o capacitate de fabricație de bază care stă la baza mai multor generații de celule fotovoltaice de înaltă eficiență.

În liniile de producție PERC, ablația cu laser permite modelarea la nivel de microni a straturilor de pasivizare pentru a forma contacte locale stabile. În fabricația TOPCon, doparea cu bor cu laser este considerată pe scară largă o cale cheie către eficiențe celulare care depășesc 26%. În celulele perovskite și tandem emergente, scrierea cu laser determină direct dacă este posibilă producția pe suprafețe mari și cu uniformitate ridicată. Datorită naturii sale fără contact, preciziei ridicate și zonei minime afectate de căldură, tehnologia laser a devenit un factor indispensabil pentru îmbunătățirea eficienței și a fiabilității fabricației în industria fotovoltaică.

Tehnologia laser ca fundație comună pentru fabricarea avansată de fotovoltaică

Pe măsură ce tehnologiile celulare avansează, producătorii se confruntă cu mai multe provocări comune: caracteristici structurale mai fine, materiale mai sensibile și cerințe de randament din ce în ce mai stricte. Prelucrarea cu laser abordează aceste provocări printr-o combinație unică de capabilități:
* Prelucrare fără contact, evitând stresul mecanic și microfisurile
* Control spațial la nivel de microni, potrivit pentru structuri celulare fine și complexe
* Input de energie localizat, ultra-scurt, reducând la minimum daunele termice
Compatibilitate ridicată cu automatizarea și controlul digital al proceselor
Aceste atribute fac din tehnologia laser o platformă de proces extrem de versatilă și ușor de actualizat, aplicabilă de la celulele convenționale de siliciu cristalin până la arhitecturile tandem de generație următoare.

Aplicații cheie ale laserului în tehnologiile celulare mainstream
1. Celule PERC: Un model matur de procesare cu laser
Succesul industrial al tehnologiei PERC (Passivated Emitter and Rear Cell - Emițător și Celă Posterioară Passivată) este strâns legat de procesarea cu laser la scară largă. Ablația cu laser este utilizată pentru a deschide selectiv stratul de pasivizare de oxid de aluminiu de pe partea din spate, formând contacte locale pe suprafața din spate, păstrând în același timp performanța de pasivizare.
În plus, dopajul cu emițător selectiv cu laser (SE) permite un dopaj puternic localizat sub contactele frontale, reducând rezistența de contact și îmbunătățind de obicei eficiența celulei cu aproximativ 0,3%. Maturitatea și stabilitatea acestor procese laser au susținut producția de masă pe termen lung și dominația pieței celulelor PERC.

2. Celule TOPCon: Doparea cu bor cu laser ca proces inovator
Celulele TOPCon (Tunnel Oxide Passivated Contact) utilizează plachete de siliciu de tip N, oferind avantaje inerente în ceea ce privește selectivitatea purtătorilor și performanța electrică. Cu toate acestea, difuzia convențională a borului, bazată pe cuptor la temperatură înaltă, prezintă provocări, inclusiv consum ridicat de energie, randament mai lent și risc crescut pentru integritatea oxidului de tunel.
Doparea cu bor cu laser permite o încălzire localizată și ultra-rapidă, permițând atomilor de bor să difuzeze selectiv în regiuni desemnate fără a expune întreaga plachetă la temperaturi ridicate. Această abordare reduce semnificativ rezistența de contact, menținând în același timp calitatea pasivării și este considerată pe scară largă un proces critic pentru creșterea eficienței TOPCon peste 26%.

3. Celule HJT: Recoacere indusă de laser pentru optimizarea interfeței
Celulele HJT (heterojuncțiune) se bazează pe straturi de siliciu amorf pentru o pasivizare excelentă a suprafeței. Cu toate acestea, defectele de interfață, cum ar fi legăturile suspendate, pot duce totuși la recombinarea purtătorilor de sarcină.
Recoacerea indusă de laser (LIA) utilizează iradierea controlată cu laser pentru a activa migrarea hidrogenului la interfața siliciului amorf/cristalin, reparând defectele in situ. S-a demonstrat că acest proces îmbunătățește tensiunea în circuit deschis (Voc) și factorul de umplere (FF), ceea ce îl face o metodă practică pentru optimizarea eficienței HJT.

4. Celule perovskite și tandem: scriere laser pentru integrare scalabilă
În celulele tandem perovskit și perovskit/siliciu, procesarea cu laser nu este doar un instrument de fabricație, ci și un factor structural. Etapele standard de scriere cu laser P1, P2 și P3 definesc segmentarea electrozilor, izolarea subcelulelor și interconectarea în serie.
Având în vedere natura fragilă și stabilitatea termică variată a straturilor funcționale, procesarea cu laser - cu caracteristicile sale fără contact și de înaltă precizie - este esențială pentru obținerea unei eficiențe și uniformități ridicate în dispozitivele cu suprafețe mari. Prin urmare, gravarea cu laser este considerată unul dintre procesele de bază pentru industrializarea celulelor în tandem.

Procese laser de uz general pentru reducerea costurilor și îmbunătățirea randamentului
Dincolo de aplicațiile specifice celulelor, tehnologia laser permite și mai multe etape de fabricație multi-platformă:
Transfer de linii de grilă bazat pe laser: Permite electrozi mai fini și o consistență îmbunătățită în comparație cu serigrafia, reducând semnificativ consumul de pastă de argint, în special în procesele la temperatură joasă, cum ar fi HJT.
* Tăiere cu laser fără deteriorări: Permite procesarea precisă a jumătăților de celule și a tăierilor multiple, cu risc redus de microfisuri, îmbunătățind puterea de ieșire a modulului.
* Izolarea și pasivizarea marginilor cu laser: Repară deteriorarea marginilor după tăiere, reducând pierderile prin recombinare și contribuind la creșterea eficienței la nivel de modul.
Aceste procese laser generale joacă un rol important în reducerea costului per watt, îmbunătățind în același timp randamentul general de fabricație.

Management termic : Fundația procesării laser stabile
Pe măsură ce producția de panouri fotovoltaice se îndreaptă către un randament mai mare și o funcționare continuă de lungă durată, stabilitatea procesului laser devine din ce în ce mai dependentă de un control termic precis. Chiar și fluctuații minore ale puterii laserului pot afecta direct rezistența de contact, densitatea defectelor sau consistența lățimii liniilor.
În mediile de producție, sursele laser și componentele optice funcționează sub sarcini termice susținute. Prin urmare, sistemele fiabile de răcire și control al temperaturii sunt esențiale pentru menținerea stabilității energiei laserului, minimizarea derivei de putere și asigurarea rezultatelor repetabile ale procesării. Gestionarea termică eficientă a surselor laser, a modulelor de putere și a ansamblurilor optice contribuie direct la un randament mai mare și la robustețea procesului, în special pentru TOPCon, HJT și celulele tandem cu margini de proces mai înguste.
Soluțiile industriale de control al temperaturii dezvoltate pentru aplicații laser de mare putere continuă să evolueze către o stabilitate mai mare, un răspuns mai rapid și o fiabilitate operațională pe termen lung, oferind o bază solidă pentru fabricarea avansată de panouri fotovoltaice.

Concluzie
De la comercializarea la scară largă a celulelor PERC până la adoptarea rapidă a tehnologiilor TOPCon și HJT și, mai departe, la explorarea arhitecturilor tandem, tehnologia laser parcurge constant cele mai importante etape ale fabricării celulelor fotovoltaice. Deși nu definește limita teoretică a eficienței, ea determină cu tărie dacă această eficiență poate fi produsă în mod constant, controlabil și la scară largă.
Pe măsură ce industria fotovoltaică avansează către o eficiență mai mare și o fiabilitate sporită a producției, procesarea cu laser, împreună cu suportul la nivel de sistem care asigură stabilitatea acesteia, va rămâne un factor fundamental al progresului tehnologic și al modernizării industriale.