雷射技術在光伏電池製造中的關鍵作用

隨著光電產業不斷追求更高的轉換效率和更低的製造成本，製程技術已成為影響電池性能和可擴展性的關鍵因素。從PERC到TOPCon和HJT，再到鈣鈦礦和串聯太陽能電池，電池結構日益複雜，製程窗口也越來越窄。在這一發展過程中，雷射技術已從輔助工具轉變為支撐多代高效能光伏電池的核心製造能力。

在PERC生產線中，雷射燒蝕技術能夠實現鈍化層微米級圖案化，從而形成穩定的局部接觸。在TOPCon製造中，雷射硼摻雜被廣泛認為是實現電池效率超過26%的關鍵途徑。在新興的鈣鈦礦電池和疊層電池中，雷射劃線直接決定了能否實現大面積、高均勻性的生產。憑藉其非接觸式、高精度和最小熱影響區等特點，雷射技術已成為光伏產業提高效率和製造可靠性的不可或缺的推動因素。

雷射技術作為先進光伏製造的共同基礎

隨著電池技術的進步，製造商面臨著幾個共同的挑戰：更精細的結構特徵、更敏感的材料以及日益嚴格的成品率要求。雷射加工透過其獨特的功能組合來應對這些挑戰：
* 非接觸式加工，避免機械應力及微裂紋
* 微米級空間控制，適用於精細複雜的細胞結構
* 局部、超短時能量輸入，最大限度減少熱損傷
* 與自動化和數位製程控制高度相容
這些特性使得雷射技術成為一個用途廣泛且可升級的製程平台，適用於從傳統晶體矽電池到下一代串聯架構的各種應用。

主流電池技術中的關鍵雷射應用
1. PERC電池：一種成熟的雷射加工模型
PERC（鈍化發射極和背面電池）技術的工業成功與大規模雷射加工密切相關。雷射燒蝕用於選擇性地打開背面的氧化鋁鈍化層，形成局部背面接觸，同時保持鈍化性能。
此外，雷射選擇性發射極（SE）摻雜技術能夠對正面電極下方進行局部重摻雜，從而降低接觸電阻，通常可將電池效率提高約0.3%。這些雷射製程的成熟和穩定性為PERC電池的長期大規模生產和市場主導地位提供了保障。

2. TOPCon電池：雷射硼摻雜作為一項突破性工藝
TOPCon（隧道氧化層鈍化接觸）電池採用N型矽片，在載流子選擇性和電氣性能方面具有固有優勢。然而，傳統的高溫爐硼擴散製程存在諸多挑戰，包括能耗高、生產效率低以及隧道氧化層完整性受損風險增加。
雷射硼摻雜技術能夠實現局部超快速加熱，使硼原子選擇性地擴散到指定區域，而無需將整個晶圓暴露於高溫下。這種方法顯著降低了接觸電阻，同時保持了鈍化層的質量，被廣泛認為是將TOPCon效率提升至26%以上的關鍵製程。

3. 異質結晶體管：雷射誘導退火優化介面
異質接面（HJT）電池依靠非晶矽層來實現優異的表面鈍化。然而，諸如懸空鍵之類的界面缺陷仍然會導致載子複合。
雷射誘導退火（LIA）利用可控制雷射輻照活化非晶矽/晶體矽界面處的氫遷移，從而原位修復缺陷。此製程已被證明能夠提高開路電壓（Voc）和填充因子（FF），使其成為優化異質結晶體管（HJT）效率的實用方法。

4. 鈣鈦礦和串聯電池：用於可擴展整合的雷射劃線技術
在鈣鈦礦和鈣鈦礦/矽串聯電池中，雷射加工不僅是製造工具，也是結構賦能手段。標準的P1、P2和P3雷射劃線步驟分別定義了電極分割、子電池隔離和串聯互連。
鑑於功能層的脆弱性和熱穩定性差異，雷射加工憑藉其非接觸式和高精度的特點，對於實現大面積裝置的高效率和均勻性至關重要。因此，雷射劃線被認為是串聯電池產業化的核心製程之一。

用於降低成本和提高產量的通用雷射工藝
除了針對特定細胞的應用外，雷射技術還支援多個跨平台製造步驟：
* 雷射網格線轉移：與網版印刷相比，可實現更精細的電極和更高的一致性，顯著降低銀漿消耗，尤其是在 HJT 等低溫製程。
* 無損雷射切割：可實現精確的半電池和多切割加工，降低微裂紋風險，提高組件功率輸出。
* 雷射邊緣隔離和鈍化：修復切割後的邊緣損傷，減少複合損失，並有助於提高模組級效率。
這些通用雷射製程在降低每瓦成本和提高整體製造良率方面發揮著重要作用。

熱管理：穩定雷射加工的基礎
隨著光伏製造向更高產量和更長時間連續運行的方向發展，雷射製程的穩定性越來越依賴精確的熱控制。即使雷射輸出的微小波動也會直接影響接觸電阻、缺陷密度或線寬一致性。
在生產環境中，雷射光源和光學元件在持續的熱負荷下運作。因此，可靠的冷卻和溫度控制系統對於維持雷射能量穩定性、最大限度地減少功率漂移以及確保可重複的加工結果至關重要。對雷射光源、功率模組和光學組件進行有效的熱管理，能夠直接提高良率和製程穩定性，尤其對於製程裕度較窄的TOPCon、HJT和串聯單元更是如此。
為高功率雷射應用開發的工業溫度控制解決方案不斷發展，朝著更高的穩定性、更快的響應速度和長期運行可靠性邁進，為先進的光伏製造奠定了堅實的基礎。

結論
從PERC電池的大規模商業化，到TOPCon和HJT技術的快速普及，再到串聯結構的探索，雷射技術始終貫穿光伏電池製造的關鍵環節。雖然它並非理論效率極限的界定者，但它卻在很大程度上決定了能否以穩定、可控且規模化的方式實現高效率。
隨著光伏產業朝著更高的效率和更強的製造可靠性邁進，雷射加工以及確保其穩定性的系統級支持，將繼續成為技術進步和產業升級的根本驅動力。