Критична роль лазерної технології у виробництві фотоелектричних елементів

Оскільки фотоелектрична (ФЕ) галузь продовжує прагнути до підвищення ефективності перетворення та зниження виробничих витрат, технологічний процес став вирішальним фактором продуктивності та масштабованості елементів. Від PERC до TOPCon та HJT, і далі до перовскітних та тандемних сонячних елементів, архітектури елементів стають дедалі складнішими, а технологічні вікна звужуються. У рамках цієї еволюції лазерна технологія перейшла від допоміжного інструменту до основного виробничого потенціалу, який лежить в основі кількох поколінь високоефективних ФЕ елементів.

У виробничих лініях PERC лазерна абляція дозволяє створювати мікронні структури пасиваційних шарів для формування стабільних локальних контактів. У виробництві TOPCon лазерне легування бором широко вважається ключовим шляхом до підвищення ефективності елементів, що перевищує 26%. У нових перовскітних та тандемних елементах лазерне скрайбірування безпосередньо визначає, чи можливе виробництво великої площі з високою однорідністю. Завдяки безконтактному характеру, високій точності та мінімальній зоні термічного впливу, лазерна технологія стала незамінним засобом підвищення ефективності та надійності виробництва в фотоелектричній галузі.

Лазерна технологія як спільна основа для передового виробництва фотоелектричних систем

З розвитком клітинних технологій виробники стикаються з кількома спільними проблемами: тонші структурні особливості, чутливіші матеріали та дедалі суворіші вимоги до продуктивності. Лазерна обробка вирішує ці проблеми завдяки унікальному поєднанню можливостей:
* Безконтактна обробка, що запобігає механічним напруженням та мікротріщинам
* Просторовий контроль на мікронному рівні, підходить для тонких та складних клітинних структур
* Локалізоване, надкоротке енергопостачання, що мінімізує термічне пошкодження
* Висока сумісність з автоматизацією та цифровим керуванням процесами
Ці атрибути роблять лазерну технологію надзвичайно універсальною та модернізованою технологічною платформою, що застосовується від звичайних кристалічних кремнієвих елементів до тандемних архітектур наступного покоління.

Ключові застосування лазерів у основних клітинних технологіях
1. PERC-елементи: зріла модель лазерної обробки
Промисловий успіх технології PERC (пасивований випромінювач та задня комірка) тісно пов'язаний з великомасштабною лазерною обробкою. Лазерна абляція використовується для вибіркового розкриття шару пасивації оксиду алюмінію на задній стороні, утворюючи локальні контакти на задній поверхні, зберігаючи при цьому характеристики пасивації.
Крім того, легування лазерним селективним емітером (СЕ) дозволяє локалізувати сильне легування під контактами на передній стороні, зменшуючи контактний опір і зазвичай підвищуючи ефективність елемента приблизно на 0,3%. Зрілість і стабільність цих лазерних процесів сприяли довгостроковому масовому виробництву та домінуванню на ринку елементів PERC.

2. TOPCon Cells: лазерне легування бором як проривний процес
Комірки TOPCon (Tunnel Oxide Passivated Contact) використовують кремнієві пластини N-типу, що пропонує переваги в селективності носіїв заряду та електричних характеристиках. Однак, традиційна дифузія бору у високотемпературній печі створює проблеми, включаючи високе енергоспоживання, меншу пропускну здатність та підвищений ризик для цілісності тунельного оксиду.
Лазерне легування бором забезпечує локалізований, надшвидкий нагрів, що дозволяє атомам бору вибірково дифундувати у визначені області, не піддаючи всю пластину впливу високих температур. Такий підхід значно знижує контактний опір, зберігаючи при цьому якість пасивації, і вважається критично важливим процесом для підвищення ефективності TOPCon понад 26%.

3. Комірки високої ємності (HJT): лазерно-індукований відпал для оптимізації інтерфейсу
Комірки HJT (гетероперехід) використовують шари аморфного кремнію для чудової пасивації поверхні. Однак дефекти на межі розділу, такі як обірвані зв'язки, все ще можуть призводити до рекомбінації носіїв заряду.
Лазерно-індукований відпал (LIA) використовує контрольоване лазерне опромінення для активації міграції водню на межі розділу аморфний/кристалічний кремній, усуваючи дефекти in situ. Було показано, що цей процес покращує напругу холостого ходу (Voc) та коефіцієнт заповнення (FF), що робить його практичним методом оптимізації ефективності високошвидкісного транзистора (HJT).

4. Перовскітні та тандемні комірки: лазерне скрайбування для масштабованої інтеграції
У перовскітних та перовскітно-кремнієвих тандемних елементах лазерна обробка є не лише виробничим інструментом, а й структурним засобом. Стандартні етапи лазерного скрайбірування P1, P2 та P3 визначають сегментацію електродів, ізоляцію субелементів та послідовне з'єднання.
З огляду на крихку природу та різну термостабільність функціональних шарів, лазерна обробка — з її безконтактними та високоточними характеристиками — є важливою для досягнення високої ефективності та однорідності у пристроях великої площі. Як результат, лазерне скрайбірування вважається одним з основних процесів для індустріалізації тандемних комірок.

Лазерні процеси загального призначення для зниження витрат та підвищення продуктивності
Окрім застосування, специфічного для клітин, лазерна технологія також підтримує кілька кросплатформних етапів виробництва:
* Лазерне перенесення ліній сітки: Забезпечує отримання тонших електродів та покращену консистенцію порівняно з трафаретним друком, що значно зменшує витрату срібної пасти, особливо в низькотемпературних процесах, таких як термотрансферний друк.
* Лазерне нарізання без пошкоджень: дозволяє точну обробку півелементів та багатошарових надрізів зі зниженим ризиком мікротріщин, покращуючи вихідну потужність модуля.
* Лазерна ізоляція та пасивація кромок: відновлює пошкодження кромок після різання, зменшуючи втрати на рекомбінацію та сприяючи підвищенню ефективності на рівні модуля.
Ці загальні лазерні процеси відіграють важливу роль у зниженні вартості ват, одночасно покращуючи загальний виробничий вихід.

Термічний менеджмент : основа стабільної лазерної обробки
Оскільки виробництво фотоелектричних систем рухається в бік підвищення продуктивності та тривалої безперервної роботи, стабільність лазерного процесу стає дедалі залежнішою від точного контролю температури. Навіть незначні коливання лазерної потужності можуть безпосередньо впливати на контактний опір, щільність дефектів або стабільність ширини лінії.
У виробничих умовах лазерні джерела та оптичні компоненти працюють під тривалими тепловими навантаженнями. Тому надійні системи охолодження та контролю температури є важливими для підтримки стабільності лазерної енергії, мінімізації дрейфу потужності та забезпечення повторюваних результатів обробки. Ефективне управління температурою лазерних джерел, модулів живлення та оптичних вузлів безпосередньо сприяє підвищенню продуктивності та надійності процесу, особливо для TOPCon, HJT та тандемних комірок з меншими технологічними запасами.
Промислові рішення для контролю температури, розроблені для потужних лазерних застосувань, продовжують розвиватися в напрямку більшої стабільності, швидшого реагування та довгострокової експлуатаційної надійності, забезпечуючи міцну основу для передового виробництва фотоелектричних систем.

Висновок
Від широкомасштабної комерціалізації PERC-елементів до швидкого впровадження технологій TOPCon та HJT, і далі до дослідження тандемних архітектур, лазерна технологія послідовно проходить найважливіші етапи виробництва фотоелектричних елементів. Хоча вона не визначає теоретичну межу ефективності, вона суттєво визначає, чи можна досягти цієї ефективності стабільно, контрольовано та в масштабах.
Оскільки фотоелектрична галузь розвивається до підвищення ефективності та надійності виробництва, лазерна обробка разом із системною підтримкою, яка забезпечує її стабільність, залишатиметься фундаментальною рушійною силою технологічного прогресу та модернізації промисловості.