Vai trò then chốt của công nghệ laser trong sản xuất pin quang điện

Khi ngành công nghiệp quang điện (PV) tiếp tục theo đuổi hiệu suất chuyển đổi cao hơn và chi phí sản xuất thấp hơn, công nghệ xử lý đã trở thành yếu tố quyết định đến hiệu suất và khả năng mở rộng của pin mặt trời. Từ PERC đến TOPCon và HJT, và xa hơn nữa là pin mặt trời perovskite và pin mặt trời ghép nối tiếp, cấu trúc pin ngày càng trở nên phức tạp trong khi phạm vi quy trình ngày càng thu hẹp. Trong quá trình phát triển này, công nghệ laser đã chuyển từ một công cụ hỗ trợ sang một khả năng sản xuất cốt lõi, là nền tảng cho nhiều thế hệ pin mặt trời hiệu suất cao.

Trong dây chuyền sản xuất PERC, phương pháp khắc laser cho phép tạo hình các lớp thụ động hóa ở cấp độ micromet để hình thành các tiếp xúc cục bộ ổn định. Trong sản xuất TOPCon, việc pha tạp boron bằng laser được coi là con đường quan trọng để đạt được hiệu suất pin vượt quá 26%. Trong các loại pin perovskite và pin tandem mới nổi, việc khắc laser quyết định trực tiếp liệu có thể đạt được sản xuất diện tích lớn, độ đồng nhất cao hay không. Với đặc tính không tiếp xúc, độ chính xác cao và vùng ảnh hưởng nhiệt tối thiểu, công nghệ laser đã trở thành một yếu tố không thể thiếu để cải thiện hiệu suất và độ tin cậy sản xuất trong toàn ngành công nghiệp quang điện.

Công nghệ Laser như một nền tảng chung cho sản xuất quang điện tiên tiến.

Khi công nghệ tế bào phát triển, các nhà sản xuất phải đối mặt với một số thách thức chung: các đặc điểm cấu trúc tinh tế hơn, vật liệu nhạy cảm hơn và yêu cầu về năng suất ngày càng khắt khe. Xử lý bằng laser giải quyết những thách thức này thông qua sự kết hợp độc đáo giữa các khả năng:
* Gia công không tiếp xúc, tránh ứng suất cơ học và các vết nứt nhỏ.
* Kiểm soát không gian ở cấp độ micromet, phù hợp với các cấu trúc tế bào nhỏ và phức tạp.
* Cung cấp năng lượng cục bộ, thời gian cực ngắn, giảm thiểu thiệt hại do nhiệt.
* Khả năng tương thích cao với tự động hóa và điều khiển quy trình kỹ thuật số
Những đặc tính này làm cho công nghệ laser trở thành một nền tảng quy trình rất linh hoạt và có khả năng nâng cấp, áp dụng được từ các tế bào silicon tinh thể thông thường đến các kiến ​​trúc song song thế hệ tiếp theo.

Các ứng dụng chính của laser trong các công nghệ pin thông dụng.
1. Các tế bào PERC: Một mô hình xử lý laser hoàn thiện
Sự thành công về mặt công nghiệp của công nghệ PERC (Passivated Emitter and Rear Cell) gắn liền mật thiết với quá trình xử lý laser quy mô lớn. Phương pháp khắc laser được sử dụng để chọn lọc mở lớp màng oxit nhôm thụ động ở mặt sau, tạo ra các tiếp điểm cục bộ ở mặt sau trong khi vẫn duy trì hiệu suất thụ động.
Ngoài ra, việc pha tạp chất chọn lọc bằng laser (SE) cho phép pha tạp chất cục bộ với nồng độ cao bên dưới các tiếp điểm mặt trước, làm giảm điện trở tiếp xúc và thường cải thiện hiệu suất của pin khoảng 0,3%. Sự hoàn thiện và ổn định của các quy trình laser này đã hỗ trợ sản xuất hàng loạt lâu dài và sự thống trị thị trường của pin PERC.

2. Pin TOPCon: Pha tạp Boron bằng Laser như một quy trình đột phá
Các tế bào TOPCon (Tunnel Oxide Passivated Contact) sử dụng tấm wafer silicon loại N, mang lại những ưu điểm vốn có về khả năng chọn lọc chất mang và hiệu suất điện. Tuy nhiên, phương pháp khuếch tán boron truyền thống sử dụng lò nung nhiệt độ cao gặp phải nhiều thách thức, bao gồm tiêu thụ năng lượng cao, tốc độ sản xuất chậm hơn và tăng nguy cơ làm tổn hại đến tính toàn vẹn của lớp oxit đường hầm.
Phương pháp pha tạp boron bằng laser cho phép gia nhiệt cục bộ, cực nhanh, giúp các nguyên tử boron khuếch tán chọn lọc vào các vùng được chỉ định mà không làm toàn bộ tấm wafer tiếp xúc với nhiệt độ cao. Cách tiếp cận này giúp giảm đáng kể điện trở tiếp xúc trong khi vẫn duy trì chất lượng thụ động hóa và được coi là một quy trình quan trọng để đẩy hiệu suất TOPCon vượt quá 26%.

3. Tế bào HJT: Ủ nhiệt bằng laser để tối ưu hóa giao diện
Các tế bào HJT (Heterojunction) dựa vào các lớp silicon vô định hình để tạo ra khả năng thụ động hóa bề mặt tuyệt vời. Tuy nhiên, các khuyết tật giao diện như liên kết không bão hòa vẫn có thể dẫn đến sự tái kết hợp hạt tải điện.
Phương pháp ủ bằng laser (LIA) sử dụng chiếu xạ laser được kiểm soát để kích hoạt sự di chuyển của hydro tại giao diện silicon vô định hình/tinh thể, sửa chữa các khuyết tật tại chỗ. Quá trình này đã được chứng minh là cải thiện điện áp mạch hở (Voc) và hệ số lấp đầy (FF), làm cho nó trở thành một phương pháp thiết thực để tối ưu hóa hiệu suất HJT.

4. Pin Perovskite và Pin ghép nối tiếp: Khắc laser để tích hợp quy mô lớn
Trong các tế bào perovskite và tế bào perovskite/silicon ghép nối, xử lý bằng laser không chỉ là công cụ sản xuất mà còn là yếu tố tạo nên cấu trúc. Các bước khắc laser tiêu chuẩn P1, P2 và P3 xác định sự phân đoạn điện cực, sự cách ly các tiểu tế bào và sự kết nối nối tiếp.
Do tính chất dễ vỡ và độ ổn định nhiệt khác nhau của các lớp chức năng, gia công bằng laser—với đặc tính không tiếp xúc và độ chính xác cao—là rất cần thiết để đạt được hiệu quả cao và tính đồng nhất trong các thiết bị diện tích lớn. Do đó, khắc laser được coi là một trong những quy trình cốt lõi cho công nghiệp hóa pin mặt trời ghép nối.

Các quy trình laser đa năng nhằm giảm chi phí và nâng cao năng suất.
Ngoài các ứng dụng chuyên biệt cho từng loại tế bào, công nghệ laser còn hỗ trợ một số bước sản xuất đa nền tảng:
* Chuyển lưới bằng laser: Cho phép tạo ra các điện cực mịn hơn và độ đồng nhất tốt hơn so với in lưới, giảm đáng kể lượng keo bạc tiêu thụ, đặc biệt là trong các quy trình nhiệt độ thấp như HJT.
* Cắt bằng laser không gây hư hại: Cho phép xử lý chính xác từng nửa tế bào và nhiều vết cắt với nguy cơ nứt vi mô giảm thiểu, cải thiện hiệu suất năng lượng của mô-đun.
* Cách ly và thụ động hóa cạnh bằng laser: Sửa chữa hư hỏng cạnh sau khi cắt, giảm tổn thất tái kết hợp và góp phần tăng hiệu suất ở cấp độ mô-đun.
Các quy trình laser tổng quát này đóng vai trò quan trọng trong việc giảm chi phí trên mỗi watt đồng thời cải thiện năng suất sản xuất tổng thể.

Quản lý nhiệt : Nền tảng của quá trình xử lý laser ổn định
Khi công nghệ sản xuất tấm pin mặt trời hướng tới năng suất cao hơn và hoạt động liên tục trong thời gian dài, độ ổn định của quy trình laser ngày càng phụ thuộc vào việc kiểm soát nhiệt độ chính xác. Ngay cả những dao động nhỏ trong công suất laser cũng có thể ảnh hưởng trực tiếp đến điện trở tiếp xúc, mật độ khuyết tật hoặc độ đồng nhất của chiều rộng đường kẻ.
Trong môi trường sản xuất, nguồn laser và các thành phần quang học hoạt động dưới tải nhiệt liên tục. Do đó, hệ thống làm mát và kiểm soát nhiệt độ đáng tin cậy là rất cần thiết để duy trì sự ổn định năng lượng laser, giảm thiểu sự trôi lệch công suất và đảm bảo kết quả xử lý lặp lại. Quản lý nhiệt hiệu quả cho nguồn laser, mô-đun nguồn và cụm quang học góp phần trực tiếp vào năng suất cao hơn và độ bền vững của quy trình, đặc biệt đối với các tế bào TOPCon, HJT và tế bào ghép nối tiếp với biên độ xử lý hẹp hơn.
Các giải pháp kiểm soát nhiệt độ công nghiệp được phát triển cho các ứng dụng laser công suất cao tiếp tục được cải tiến hướng tới sự ổn định cao hơn, phản hồi nhanh hơn và độ tin cậy vận hành lâu dài, tạo nền tảng vững chắc cho sản xuất quang điện tiên tiến.

Phần kết luận
Từ việc thương mại hóa quy mô lớn các tế bào PERC đến việc nhanh chóng áp dụng các công nghệ TOPCon và HJT, và tiếp tục đến việc khám phá các kiến ​​trúc song song, công nghệ laser luôn hiện diện trong các bước quan trọng nhất của quá trình sản xuất tế bào quang điện. Mặc dù nó không xác định giới hạn hiệu suất lý thuyết, nhưng nó quyết định mạnh mẽ liệu hiệu suất đó có thể được tạo ra một cách nhất quán, có thể kiểm soát và ở quy mô lớn hay không.
Khi ngành công nghiệp quang điện tiến tới hiệu suất cao hơn và độ tin cậy sản xuất tốt hơn, công nghệ xử lý bằng laser, cùng với sự hỗ trợ ở cấp hệ thống đảm bảo tính ổn định của nó, sẽ vẫn là động lực cơ bản thúc đẩy tiến bộ công nghệ và nâng cấp công nghiệp.