Критическая роль лазерных технологий в производстве фотоэлектрических элементов.

Поскольку фотоэлектрическая (ФЭ) индустрия продолжает стремиться к повышению эффективности преобразования и снижению производственных затрат, технологические процессы стали решающим фактором в производительности и масштабируемости элементов. От PERC до TOPCon и HJT, а также в направлении перовскитных и тандемных солнечных элементов, архитектура элементов становится все более сложной, а технологические окна сужаются. В рамках этой эволюции лазерные технологии перешли от вспомогательного инструмента к основной производственной возможности, лежащей в основе нескольких поколений высокоэффективных ФЭ элементов.

В производственных линиях PERC лазерная абляция позволяет создавать микронные структуры пассивирующих слоев для формирования стабильных локальных контактов. В производстве TOPCon лазерное легирование бором широко рассматривается как ключевой путь к достижению эффективности ячеек, превышающей 26%. В новых перовскитных и тандемных ячейках лазерная гравировка напрямую определяет возможность крупномасштабного производства с высокой однородностью. Благодаря бесконтактному характеру, высокой точности и минимальной зоне теплового воздействия лазерные технологии стали незаменимым инструментом повышения эффективности и надежности производства в фотоэлектрической промышленности.

Лазерные технологии как общая основа для передового производства фотоэлектрических элементов.

По мере развития клеточных технологий производители сталкиваются с рядом общих проблем: более тонкие структурные элементы, более чувствительные материалы и все более жесткие требования к выходу годной продукции. Лазерная обработка решает эти проблемы благодаря уникальному сочетанию возможностей:
* Бесконтактная обработка, позволяющая избежать механических напряжений и микротрещин.
* Пространственный контроль на микронном уровне, подходящий для тонких и сложных клеточных структур.
* Локализованный, сверхкратковременный подвод энергии, минимизирующий термические повреждения.
* Высокая совместимость с системами автоматизации и цифрового управления технологическими процессами.
Эти характеристики делают лазерную технологию очень универсальной и легко модернизируемой технологической платформой, применимой от традиционных кристаллических кремниевых ячеек до тандемных архитектур следующего поколения.

Ключевые области применения лазеров в основных технологиях производства сотовых телефонов.
1. PERC-ячейки: зрелая модель лазерной обработки
Промышленный успех технологии PERC (пассивированный эмиттер и тыльная сторона ячейки) тесно связан с крупномасштабной лазерной обработкой. Лазерная абляция используется для избирательного вскрытия пассивирующего слоя оксида алюминия на тыльной стороне, образуя локальные контакты на задней поверхности при сохранении пассивирующих свойств.
Кроме того, лазерное селективное легирование излучателя (SE) позволяет осуществлять локальное интенсивное легирование под контактами на лицевой стороне, снижая контактное сопротивление и, как правило, повышая эффективность ячейки примерно на 0,3%. Зрелость и стабильность этих лазерных процессов обеспечили долгосрочное массовое производство и доминирование PERC-ячеек на рынке.

2. Ячейки TOPCon: лазерное легирование бором как прорывной процесс.
В ячейках TOPCon (Tunnel Oxide Passivated Contact) используются кремниевые пластины N-типа, что обеспечивает существенные преимущества в селективности носителей заряда и электрических характеристиках. Однако традиционный метод диффузии бора в высокотемпературной печи сопряжен с трудностями, включая высокое энергопотребление, более низкую производительность и повышенный риск повреждения целостности туннельного оксида.
Лазерное легирование бором обеспечивает локальный сверхбыстрый нагрев, позволяя атомам бора избирательно диффундировать в заданные области без воздействия высоких температур на всю пластину. Такой подход значительно снижает контактное сопротивление, сохраняя при этом качество пассивации, и широко считается критически важным процессом для повышения эффективности TOPCon выше 26%.

3. Ячейки HJT: лазерно-индуцированный отжиг для оптимизации интерфейса.
В гетеропереходных (HJT) ячейках для превосходной пассивации поверхности используются слои аморфного кремния. Однако дефекты на границе раздела, такие как оборванные связи, все еще могут приводить к рекомбинации носителей заряда.
Лазерно-индуцированный отжиг (ЛИО) использует контролируемое лазерное облучение для активации миграции водорода на границе раздела аморфного и кристаллического кремния, устраняя дефекты непосредственно в процессе работы. Было показано, что этот процесс улучшает напряжение холостого хода (Voc) и коэффициент заполнения (FF), что делает его практичным методом оптимизации эффективности гетеропереходных транзисторов.

4. Перовскитные и тандемные ячейки: лазерная гравировка для масштабируемой интеграции.
В перовскитных и перовскитно-кремниевых тандемных ячейках лазерная обработка является не только инструментом производства, но и структурным элементом. Стандартные этапы лазерной гравировки P1, P2 и P3 определяют сегментацию электродов, изоляцию субъячеек и последовательное соединение.
Учитывая хрупкость и различную термическую стабильность функциональных слоев, лазерная обработка — благодаря своим бесконтактным и высокоточным характеристикам — имеет решающее значение для достижения высокой эффективности и однородности в устройствах большой площади. В результате лазерная гравировка считается одним из ключевых процессов для промышленного производства тандемных ячеек.

Лазерные процессы общего назначения для снижения затрат и повышения выхода годной продукции.
Помимо применения в отдельных клетках, лазерные технологии также поддерживают несколько этапов кроссплатформенного производства:
* Лазерная сетка для переноса рисунка: позволяет получать более тонкие электроды и обеспечивает более высокую однородность по сравнению с трафаретной печатью, значительно снижая расход серебряной пасты, особенно в низкотемпературных процессах, таких как высокотемпературная обработка.
* Лазерная резка без повреждений: обеспечивает точную обработку полуэлементов и многослойных структур с уменьшенным риском образования микротрещин, что повышает выходную мощность модуля.
* Лазерная изоляция и пассивация кромок: восстанавливает повреждения кромок после резки, снижая потери на рекомбинацию и способствуя повышению эффективности на уровне модуля.
Эти общие лазерные процессы играют важную роль в снижении стоимости ватта при одновременном повышении общей производительности производства.

Терморегулирование : основа стабильной лазерной обработки.
По мере того, как производство фотоэлектрических элементов переходит к более высокой производительности и длительной непрерывной работе, стабильность лазерного процесса все больше зависит от точного терморегулирования. Даже незначительные колебания выходной мощности лазера могут напрямую влиять на контактное сопротивление, плотность дефектов или стабильность ширины линии.
В производственных условиях лазерные источники и оптические компоненты работают под постоянными тепловыми нагрузками. Поэтому надежные системы охлаждения и контроля температуры имеют решающее значение для поддержания стабильности энергии лазера, минимизации дрейфа мощности и обеспечения воспроизводимых результатов обработки. Эффективное управление тепловыми процессами лазерных источников, силовых модулей и оптических сборок напрямую способствует повышению выхода годной продукции и надежности процесса, особенно для ячеек TOPCon, HJT и тандемных ячеек с более узкими технологическими параметрами.
Разработанные для применения в мощных лазерах решения для промышленного контроля температуры продолжают совершенствоваться в направлении повышения стабильности, скорости отклика и долгосрочной эксплуатационной надежности, обеспечивая прочную основу для передового производства фотоэлектрических элементов.

Заключение
Начиная с крупномасштабной коммерциализации PERC-ячеек, быстрого внедрения технологий TOPCon и HJT и заканчивая исследованием тандемных архитектур, лазерные технологии неизменно проходят через наиболее важные этапы производства фотоэлектрических элементов. Хотя они не определяют теоретический предел эффективности, они в значительной степени определяют, можно ли достичь этой эффективности стабильно, контролируемо и в больших масштабах.
По мере того как фотоэлектрическая промышленность движется к повышению эффективности и надежности производства, лазерная обработка, наряду с системной поддержкой, обеспечивающей ее стабильность, останется фундаментальным двигателем технологического прогресса и модернизации промышленности.