Laserteknikens avgörande roll i tillverkning av solceller

I takt med att solcellsindustrin (PV) fortsätter att sträva efter högre omvandlingseffektivitet och lägre tillverkningskostnader har processteknik blivit en avgörande faktor för cellernas prestanda och skalbarhet. Från PERC till TOPCon och HJT, och vidare mot perovskit- och tandemsolceller, blir cellarkitekturer alltmer komplexa medan processfönstren blir smalare. Inom denna utveckling har lasertekniken gått från att vara ett stödjande verktyg till en central tillverkningskapacitet som ligger till grund för flera generationer av högeffektiva PV-celler.

I PERC-produktionslinjer möjliggör laserablation mönstring på mikronnivå av passiveringsskikt för att bilda stabila lokala kontakter. Inom TOPCon-tillverkning anses laserbor-dopning allmänt vara en viktig väg mot celleffektivitet som överstiger 26 %. I framväxande perovskit- och tandemceller avgör laserritsning direkt huruvida produktion med stor yta och hög enhetlighet är möjlig. Med sin kontaktfria natur, höga precision och minimala värmepåverkade zon har lasertekniken blivit en oumbärlig möjliggörare för effektivitetsförbättringar och tillverkningstillförlitlighet inom hela PV-industrin.

Laserteknik som en gemensam grund för avancerad PV-tillverkning

I takt med att cellteknologierna utvecklas står tillverkare inför flera gemensamma utmaningar: finare strukturella egenskaper, känsligare material och allt strängare avkastningskrav. Laserbearbetning tar itu med dessa utmaningar genom en unik kombination av funktioner:
* Kontaktfri bearbetning, vilket undviker mekanisk stress och mikrosprickor
* Mikronnivå rumslig kontroll, lämplig för fina och komplexa cellstrukturer
* Lokaliserad, ultrakort energiinmatning, minimerar termisk skada
* Hög kompatibilitet med automation och digital processkontroll
Dessa egenskaper gör laserteknik till en mycket mångsidig och uppgraderingsbar processplattform, tillämpbar från konventionella kristallina kiselceller till nästa generations tandemarkitekturer.

Viktiga laserapplikationer inom vanliga cellteknologier
1. PERC-celler: En mogen laserbearbetningsmodell
Den industriella framgången för PERC-tekniken (Passivated Emitter and Rear Cell) är nära kopplad till storskalig laserbearbetning. Laserablation används för att selektivt öppna aluminiumoxidpassiveringsskiktet på baksidan, vilket bildar lokala kontakter mellan baksidan och ytan samtidigt som passiveringsprestanda bibehålls.
Dessutom möjliggör laserselektiv emitterdopning (SE) lokaliserad tung dopning under frontkontakterna, vilket minskar kontaktmotståndet och vanligtvis förbättrar celleffektiviteten med cirka 0,3 %. Mognaden och stabiliteten hos dessa laserprocesser har bidragit till långsiktig massproduktion och marknadsdominans av PERC-celler.

2. TOPCon-celler: Laserdopning med born som en banbrytande process
TOPCon-celler (Tunnel Oxide Passivated Contact) använder kiselskivor av N-typ, vilket erbjuder inneboende fördelar vad gäller bärarselektivitet och elektrisk prestanda. Konventionell högtemperaturugnsbaserad borodiffusion medför dock utmaningar, inklusive hög energiförbrukning, långsammare genomströmning och ökad risk för tunneloxidens integritet.
Laserdopning med born möjliggör lokaliserad, ultrasnabb uppvärmning, vilket gör att boratomer kan diffundera selektivt till utvalda områden utan att utsätta hela wafern för höga temperaturer. Denna metod minskar kontaktmotståndet avsevärt samtidigt som passiveringskvaliteten bibehålls och anses allmänt vara en kritisk process för att driva TOPCon-effektiviteten bortom 26 %.

3. HJT-celler: Laserinducerad glödgning för gränssnittsoptimering
HJT-celler (heterojunction) förlitar sig på amorfa kisellager för utmärkt ytpassivering. Gränssnittsdefekter, såsom dinglande bindningar, kan dock fortfarande leda till rekombination av bärarceller.
Laserinducerad glödgning (LIA) använder kontrollerad laserbestrålning för att aktivera vätemigration vid gränssnittet mellan amorf och kristallin kisel, vilket reparerar defekter in situ. Denna process har visat sig förbättra tomgångsspänningen (Voc) och fyllnadsfaktorn (FF), vilket gör den till en praktisk metod för effektivitetsoptimering av högtrycks- och gastrycksreaktioner (HJT).

4. Perovskit- och tandemceller: Laserritning för skalbar integration
I perovskit- och perovskit/kisel-tandemceller är laserbearbetning inte bara ett tillverkningsverktyg utan även en strukturell möjliggörare. Standard P1-, P2- och P3-laserritningsstegen definierar elektrodsegmentering, isolering av delceller och seriekoppling.
Med tanke på den ömtåliga naturen och varierande termiska stabiliteten hos funktionella lager är laserbearbetning – med dess beröringsfria och högprecisionsegenskaper – avgörande för att uppnå hög effektivitet och enhetlighet i enheter med stor yta. Som ett resultat anses laserritsning vara en av kärnprocesserna för tandemcellsindustrialisering.

Allmänna laserprocesser för kostnadsreduktion och avkastningsförbättring
Utöver cellspecifika tillämpningar stöder lasertekniken även flera plattformsoberoende tillverkningssteg:
* Laserbaserad rutnätsöverföring: Möjliggör finare elektroder och förbättrad konsistens jämfört med screentryck, vilket avsevärt minskar förbrukningen av silverpasta, särskilt i lågtemperaturprocesser som HJT.
* Skadefri laserskärning: Möjliggör exakt halvcells- och flerskärsbearbetning med minskad risk för mikrosprickor, vilket förbättrar modulens effekt.
* Laserkantisolering och passivering: Reparerar kantskador efter skärning, vilket minskar rekombinationsförluster och bidrar till effektivitetsvinster på modulnivå.
Dessa generella laserprocesser spelar en viktig roll för att sänka kostnaden per watt samtidigt som de förbättrar den totala tillverkningsutbytet.

Termisk hantering : Grunden för stabil laserbearbetning
I takt med att tillverkningen av solceller går mot högre genomströmning och långvarig kontinuerlig drift blir laserprocessens stabilitet alltmer beroende av exakt termisk kontroll. Även små fluktuationer i laserutgången kan direkt påverka kontaktmotstånd, defektdensitet eller linjebreddens konsistens.
I produktionsmiljöer arbetar laserkällor och optiska komponenter under ihållande termisk belastning. Tillförlitliga kyl- och temperaturkontrollsystem är därför avgörande för att upprätthålla laserenergistabilitet, minimera effektdrift och säkerställa repeterbara bearbetningsresultat. Effektiv värmehantering av laserkällor, effektmoduler och optiska enheter bidrar direkt till högre utbyte och processrobusthet, särskilt för TOPCon-, HJT- och tandemceller med smalare processmarginaler.
Industriella temperaturkontrolllösningar som utvecklats för högeffektslaserapplikationer fortsätter att utvecklas mot större stabilitet, snabbare respons och långsiktig driftssäkerhet, vilket ger en solid grund för avancerad PV-tillverkning.

Slutsats
Från storskalig kommersialisering av PERC-celler till det snabba införandet av TOPCon- och HJT-tekniker, och vidare till utforskningen av tandemarkitekturer, går lasertekniken konsekvent igenom de mest kritiska stegen i tillverkningen av solceller. Även om den inte definierar den teoretiska effektivitetsgränsen, avgör den starkt huruvida den effektiviteten kan produceras konsekvent, kontrollerbart och i stor skala.
I takt med att solcellsindustrin går mot högre effektivitet och större tillverkningstillförlitlighet kommer laserbearbetning, tillsammans med det systemnivåstöd som säkerställer dess stabilitet, att förbli en grundläggande drivkraft för tekniska framsteg och industriell uppgradering.