บทบาทสำคัญของเทคโนโลยีเลเซอร์ในการผลิตเซลล์แสงอาทิตย์

เนื่องจากอุตสาหกรรมเซลล์แสงอาทิตย์ (PV) ยังคงมุ่งมั่นที่จะเพิ่มประสิทธิภาพการแปลงพลังงานและลดต้นทุนการผลิต เทคโนโลยีการผลิตจึงกลายเป็นปัจจัยสำคัญต่อประสิทธิภาพและความสามารถในการขยายขนาดของเซลล์ จาก PERC ไปจนถึง TOPCon และ HJT และต่อไปยังเซลล์แสงอาทิตย์ชนิดเพอร์รอฟสไกต์และแบบแทนเดม โครงสร้างของเซลล์จึงมีความซับซ้อนมากขึ้นเรื่อยๆ ในขณะที่ช่วงของกระบวนการผลิตแคบลง ภายในวิวัฒนาการนี้ เทคโนโลยีเลเซอร์ได้เปลี่ยนบทบาทจากเครื่องมือสนับสนุนไปเป็นความสามารถหลักในการผลิต ซึ่งเป็นรากฐานของเซลล์แสงอาทิตย์ประสิทธิภาพสูงหลายรุ่น

ในสายการผลิต PERC การใช้เลเซอร์ในการตัดเฉือนช่วยให้สามารถสร้างลวดลายระดับไมครอนบนชั้นพาสซิเวชันเพื่อสร้างหน้าสัมผัสเฉพาะที่เสถียร ในการผลิต TOPCon การเติมโบรอนด้วยเลเซอร์ได้รับการยอมรับอย่างกว้างขวางว่าเป็นเส้นทางสำคัญสู่ประสิทธิภาพของเซลล์ที่สูงกว่า 26% ในเซลล์เพอร์รอฟสไกต์และเซลล์แทนเดมที่กำลังพัฒนา การใช้เลเซอร์ในการแกะสลักเป็นตัวกำหนดโดยตรงว่าการผลิตในพื้นที่ขนาดใหญ่และมีความสม่ำเสมอสูงนั้นสามารถทำได้หรือไม่ ด้วยลักษณะที่ไม่ต้องสัมผัส ความแม่นยำสูง และพื้นที่ที่ได้รับผลกระทบจากความร้อนน้อยที่สุด เทคโนโลยีเลเซอร์จึงกลายเป็นตัวช่วยที่ขาดไม่ได้ในการปรับปรุงประสิทธิภาพและความน่าเชื่อถือในการผลิตทั่วทั้งอุตสาหกรรมพลังงานแสงอาทิตย์

เทคโนโลยีเลเซอร์เป็นรากฐานทั่วไปสำหรับการผลิตเซลล์แสงอาทิตย์ขั้นสูง

เมื่อเทคโนโลยีการผลิตเซลล์ก้าวหน้าขึ้น ผู้ผลิตต้องเผชิญกับความท้าทายร่วมกันหลายประการ ได้แก่ โครงสร้างที่ละเอียดขึ้น วัสดุที่ไวต่อการเปลี่ยนแปลงมากขึ้น และข้อกำหนดด้านผลผลิตที่เข้มงวดขึ้นเรื่อยๆ การประมวลผลด้วยเลเซอร์ช่วยแก้ไขความท้าทายเหล่านี้ด้วยการผสมผสานความสามารถที่เป็นเอกลักษณ์:
* การประมวลผลแบบไม่สัมผัส หลีกเลี่ยงความเครียดทางกลและรอยแตกขนาดเล็ก
* การควบคุมเชิงพื้นที่ระดับไมครอน เหมาะสำหรับโครงสร้างเซลล์ที่ละเอียดและซับซ้อน
* การป้อนพลังงานเฉพาะจุดและระยะเวลาสั้นมาก ช่วยลดความเสียหายจากความร้อนให้น้อยที่สุด
* มีความเข้ากันได้สูงกับระบบอัตโนมัติและการควบคุมกระบวนการแบบดิจิทัล
คุณสมบัติเหล่านี้ทำให้เทคโนโลยีเลเซอร์เป็นแพลตฟอร์มกระบวนการที่มีความหลากหลายและสามารถพัฒนาต่อยอดได้สูง สามารถนำไปประยุกต์ใช้ได้ตั้งแต่เซลล์ซิลิคอนผลึกแบบดั้งเดิมไปจนถึงสถาปัตยกรรมแบบแทนเดมรุ่นใหม่

การประยุกต์ใช้เลเซอร์ที่สำคัญในเทคโนโลยีเซลล์หลักๆ
1. เซลล์ PERC: โมเดลการประมวลผลด้วยเลเซอร์ที่พัฒนาเต็มที่แล้ว
ความสำเร็จทางอุตสาหกรรมของเทคโนโลยี PERC (Passivated Emitter and Rear Cell) นั้นเชื่อมโยงอย่างใกล้ชิดกับการประมวลผลด้วยเลเซอร์ขนาดใหญ่ การใช้เลเซอร์ในการกัดเซาะจะเปิดชั้นออกไซด์ของอะลูมิเนียมที่ด้านหลังอย่างเลือกสรร ทำให้เกิดหน้าสัมผัสที่ด้านหลังเฉพาะจุด ในขณะที่ยังคงรักษาประสิทธิภาพการป้องกันการกัดกร่อนไว้ได้
นอกจากนี้ การเติมสารเจือปนด้วยเลเซอร์แบบเลือกเฉพาะจุด (SE) ช่วยให้สามารถเติมสารเจือปนในปริมาณมากเฉพาะที่ใต้หน้าสัมผัสด้านหน้า ลดความต้านทานการสัมผัส และโดยทั่วไปจะช่วยเพิ่มประสิทธิภาพของเซลล์ได้ประมาณ 0.3% ความสมบูรณ์และความเสถียรของกระบวนการเลเซอร์เหล่านี้ได้สนับสนุนการผลิตจำนวนมากและการครองตลาดของเซลล์ PERC ในระยะยาว

2. เซลล์ TOPCon: การเติมโบรอนด้วยเลเซอร์เป็นกระบวนการที่ก้าวล้ำ
เซลล์ TOPCon (Tunnel Oxide Passivated Contact) ใช้เวเฟอร์ซิลิคอนชนิด N ซึ่งมีข้อดีโดยธรรมชาติในด้านการเลือกตัวนำและประสิทธิภาพทางไฟฟ้า อย่างไรก็ตาม การแพร่กระจายของโบรอนโดยใช้เตาเผาอุณหภูมิสูงแบบดั้งเดิมนั้นมีข้อท้าทายหลายประการ ได้แก่ การใช้พลังงานสูง อัตราการผลิตที่ช้าลง และความเสี่ยงที่เพิ่มขึ้นต่อความสมบูรณ์ของชั้นออกไซด์ในอุโมงค์
การเติมโบรอนด้วยเลเซอร์ช่วยให้เกิดความร้อนเฉพาะจุดอย่างรวดเร็ว ทำให้อะตอมของโบรอนแพร่กระจายไปยังบริเวณที่กำหนดได้อย่างเลือกสรรโดยไม่ต้องให้เวเฟอร์ทั้งหมดสัมผัสกับอุณหภูมิสูง วิธีนี้ช่วยลดความต้านทานการสัมผัสได้อย่างมากในขณะที่ยังคงรักษาคุณภาพการเคลือบผิว และได้รับการพิจารณาอย่างกว้างขวางว่าเป็นกระบวนการสำคัญในการผลักดันประสิทธิภาพของ TOPCon ให้สูงกว่า 26%

3. เซลล์ HJT: การอบอ่อนด้วยเลเซอร์เพื่อเพิ่มประสิทธิภาพของส่วนต่อประสาน
เซลล์ HJT (Heterojunction) อาศัยชั้นซิลิคอนอสัณฐานเพื่อการปกป้องพื้นผิวที่ดีเยี่ยม อย่างไรก็ตาม ข้อบกพร่องที่ส่วนต่อประสาน เช่น พันธะที่ขาดหาย ยังคงสามารถนำไปสู่การรวมตัวของพาหะได้
การอบอ่อนด้วยเลเซอร์ (Laser-induced annealing, LIA) ใช้การฉายรังสีเลเซอร์ที่ควบคุมได้เพื่อกระตุ้นการเคลื่อนย้ายของไฮโดรเจนที่ส่วนต่อประสานระหว่างซิลิคอนอสัณฐานและซิลิคอนผลึก ซึ่งช่วยซ่อมแซมข้อบกพร่องในบริเวณนั้น กระบวนการนี้ได้รับการพิสูจน์แล้วว่าช่วยปรับปรุงแรงดันไฟฟ้าวงเปิด (Voc) และแฟคเตอร์การเติม (FF) ทำให้เป็นวิธีการที่ใช้งานได้จริงสำหรับการเพิ่มประสิทธิภาพของทรานซิสเตอร์แบบผสม (HJT)

4. เซลล์เพอร์รอฟสไกต์และเซลล์แทนเดม: การสลักด้วยเลเซอร์เพื่อการบูรณาการที่ปรับขนาดได้
ในเซลล์แสงอาทิตย์แบบแทนเดมชนิดเพอร์รอฟสไกต์และเพอร์รอฟสไกต์/ซิลิคอน การประมวลผลด้วยเลเซอร์ไม่เพียงแต่เป็นเครื่องมือในการผลิตเท่านั้น แต่ยังเป็นตัวช่วยในการกำหนดโครงสร้างอีกด้วย ขั้นตอนการสลักด้วยเลเซอร์มาตรฐาน P1, P2 และ P3 กำหนดการแบ่งส่วนของอิเล็กโทรด การแยกเซลล์ย่อย และการเชื่อมต่อแบบอนุกรม
เนื่องจากชั้นฟังก์ชันมีลักษณะเปราะบางและมีเสถียรภาพทางความร้อนที่แตกต่างกัน การประมวลผลด้วยเลเซอร์—ด้วยคุณลักษณะที่ไม่ต้องสัมผัสและมีความแม่นยำสูง—จึงมีความสำคัญอย่างยิ่งต่อการบรรลุประสิทธิภาพและความสม่ำเสมอสูงในอุปกรณ์ขนาดใหญ่ ดังนั้น การสลักด้วยเลเซอร์จึงถือเป็นหนึ่งในกระบวนการหลักสำหรับการผลิตเซลล์แสงอาทิตย์แบบเรียงซ้อนในระดับอุตสาหกรรม

กระบวนการเลเซอร์อเนกประสงค์เพื่อลดต้นทุนและเพิ่มผลผลิต
นอกเหนือจากการใช้งานเฉพาะเซลล์แล้ว เทคโนโลยีเลเซอร์ยังสนับสนุนขั้นตอนการผลิตข้ามแพลตฟอร์มหลายขั้นตอนอีกด้วย:
* การถ่ายโอนเส้นตารางด้วยเลเซอร์: ช่วยให้ได้อิเล็กโทรดที่ละเอียดกว่าและมีความสม่ำเสมอมากขึ้นเมื่อเทียบกับการพิมพ์สกรีน ลดการใช้สารละลายเงินลงอย่างมาก โดยเฉพาะในกระบวนการที่อุณหภูมิต่ำ เช่น HJT
* การตัดด้วยเลเซอร์แบบไม่ทำให้เกิดความเสียหาย: ช่วยให้สามารถประมวลผลแบบครึ่งเซลล์และแบบตัดหลายชิ้นได้อย่างแม่นยำ พร้อมลดความเสี่ยงต่อการเกิดรอยแตกขนาดเล็ก ส่งผลให้กำลังไฟฟ้าของโมดูลเพิ่มขึ้น
* การแยกและเคลือบผิวขอบด้วยเลเซอร์: ซ่อมแซมความเสียหายที่ขอบหลังการตัด ลดการสูญเสียจากการรวมตัวใหม่ และช่วยเพิ่มประสิทธิภาพในระดับโมดูล
กระบวนการเลเซอร์ทั่วไปเหล่านี้มีบทบาทสำคัญในการลดต้นทุนต่อวัตต์ พร้อมทั้งปรับปรุงผลผลิตโดยรวมของการผลิตให้ดีขึ้น

การจัดการความร้อน : รากฐานของการประมวลผลด้วยเลเซอร์ที่เสถียร
เนื่องจากการผลิตแผงโซลาร์เซลล์มุ่งไปสู่การเพิ่มปริมาณการผลิตและการทำงานต่อเนื่องเป็นระยะเวลานาน ความเสถียรของกระบวนการเลเซอร์จึงขึ้นอยู่กับการควบคุมอุณหภูมิที่แม่นยำมากขึ้น แม้แต่ความผันผวนเล็กน้อยในระดับกำลังแสงเลเซอร์ก็อาจส่งผลโดยตรงต่อความต้านทานการสัมผัส ความหนาแน่นของข้อบกพร่อง หรือความสม่ำเสมอของความกว้างของเส้นได้
ในสภาพแวดล้อมการผลิต แหล่งกำเนิดแสงเลเซอร์และส่วนประกอบทางแสงทำงานภายใต้ภาระความร้อนที่คงที่ ดังนั้น ระบบระบายความร้อนและการควบคุมอุณหภูมิที่เชื่อถือได้จึงมีความสำคัญอย่างยิ่งต่อการรักษาเสถียรภาพของพลังงานเลเซอร์ ลดการเปลี่ยนแปลงของกำลังไฟฟ้า และรับประกันผลลัพธ์การประมวลผลที่ทำซ้ำได้ การจัดการความร้อนที่มีประสิทธิภาพของแหล่งกำเนิดแสงเลเซอร์ โมดูลพลังงาน และชุดประกอบทางแสง มีส่วนช่วยโดยตรงต่อผลผลิตที่สูงขึ้นและความแข็งแกร่งของกระบวนการ โดยเฉพาะอย่างยิ่งสำหรับเซลล์ TOPCon, HJT และเซลล์แบบแทนเดมที่มีขอบเขตกระบวนการที่แคบกว่า
โซลูชันการควบคุมอุณหภูมิ ทางอุตสาหกรรมที่พัฒนาขึ้นสำหรับงานเลเซอร์กำลังสูงยังคงพัฒนาไปสู่ความเสถียรที่มากขึ้น การตอบสนองที่รวดเร็วขึ้น และความน่าเชื่อถือในการใช้งานในระยะยาว ซึ่งเป็นรากฐานที่มั่นคงสำหรับการผลิตแผงโซลาร์เซลล์ขั้นสูง

บทสรุป
ตั้งแต่การนำเซลล์ PERC มาใช้ในเชิงพาณิชย์ขนาดใหญ่ ไปจนถึงการนำเทคโนโลยี TOPCon และ HJT มาใช้อย่างรวดเร็ว และต่อยอดไปสู่การสำรวจสถาปัตยกรรมแบบแทนเดม เทคโนโลยีเลเซอร์มีบทบาทสำคัญอย่างต่อเนื่องในขั้นตอนที่สำคัญที่สุดของการผลิตเซลล์แสงอาทิตย์ แม้ว่าเทคโนโลยีเลเซอร์จะไม่กำหนดขีดจำกัดประสิทธิภาพทางทฤษฎี แต่ก็มีส่วนสำคัญในการกำหนดว่าประสิทธิภาพนั้นจะสามารถผลิตได้อย่างสม่ำเสมอ ควบคุมได้ และในปริมาณมากหรือไม่
ในขณะที่อุตสาหกรรมพลังงานแสงอาทิตย์ก้าวหน้าไปสู่ประสิทธิภาพที่สูงขึ้นและความน่าเชื่อถือในการผลิตที่มากขึ้น การประมวลผลด้วยเลเซอร์ พร้อมกับการสนับสนุนในระดับระบบที่ช่วยให้มั่นใจถึงเสถียรภาพ จะยังคงเป็นแรงขับเคลื่อนพื้นฐานของความก้าวหน้าทางเทคโนโลยีและการยกระดับอุตสาหกรรมต่อไป