Контакт

Поскольку фотоэлектрическая (PV) промышленность продолжает стремиться к повышению эффективности преобразования и снижению производственных затрат, технологические процессы становятся решающим фактором в производительности и масштабируемости солнечных элементов. От PERC до TOPCon и HJT, а также далее к перовскитным и тандемным солнечным элементам, архитектура элементов становится все более сложной, а технологические допуски — все более узкими. В рамках этой эволюции лазерные технологии превратились из вспомогательного инструмента в ключевую производственную возможность, лежащую в основе нескольких поколений высокоэффективных фотоэлектрических элементов.

В производственных линиях PERC лазерная абляция позволяет создавать микроскопические структуры в пассивирующих слоях для формирования стабильных локальных контактов. В производстве TOPCon лазерное легирование бором широко рассматривается как ключевой путь к достижению эффективности элементов, превышающей 26%. В новых перовскитных и тандемных элементах лазерная резка напрямую определяет возможность крупномасштабного производства с высокой однородностью. Благодаря бесконтактному характеру, высокой точности и минимальной зоне термического воздействия, лазерные технологии стали незаменимым фактором повышения эффективности и надежности производства во всей фотоэлектрической отрасли.

По мере развития клеточных технологий производители сталкиваются с рядом общих проблем: более тонкие структурные элементы, более чувствительные материалы и все более жесткие требования к выходу годных изделий. Лазерная обработка решает эти проблемы благодаря уникальному сочетанию возможностей:
* Бесконтактная обработка, позволяющая избежать механических напряжений и микротрещин
* Пространственный контроль на микронном уровне, подходящий для тонких и сложных клеточных структур
* Локализованное, сверхкороткое воздействие энергии, минимизирующее термические повреждения
* Высокая совместимость с автоматизацией и цифровым управлением процессами
Эти характеристики делают лазерную технологию универсальной и масштабируемой технологической платформой, применимой от традиционных кристаллических кремниевых элементов до тандемных архитектур следующего поколения.

Основные области применения лазеров в основных технологиях производства солнечных элементов
1. Элементы PERC: отработанная модель лазерной обработки
Промышленный успех технологии PERC (Passivated Emitter and Rear Cell) тесно связан с широкомасштабной лазерной обработкой. Лазерная абляция используется для селективного вскрытия пассивирующего слоя оксида алюминия на обратной стороне, образуя локальные контакты на задней поверхности при сохранении пассивирующих свойств.
Кроме того, лазерное селективное легирование эмиттера (SE) обеспечивает локальное интенсивное легирование под контактами на лицевой стороне, снижая контактное сопротивление и, как правило, повышая эффективность элемента примерно на 0,3%. Зрелость и стабильность этих лазерных процессов обеспечили долгосрочное массовое производство и доминирование элементов PERC на рынке.

2. Элементы TOPCon: лазерное легирование бором как прорывной процесс
В элементах TOPCon (Tunnel Oxide Passivated Contact) используются кремниевые пластины N-типа, что обеспечивает присущие им преимущества в селективности носителей заряда и электрических характеристиках. Однако традиционная высокотемпературная диффузия бора в печах создает проблемы, включая высокое энергопотребление, более низкую производительность и повышенный риск нарушения целостности туннельного оксида.
Лазерное легирование бором обеспечивает локальный, сверхбыстрый нагрев, позволяя атомам бора селективно диффундировать в заданные области, не подвергая всю пластину воздействию высоких температур. Этот подход значительно снижает контактное сопротивление, сохраняя при этом качество пассивации, и широко считается критически важным процессом для повышения эффективности TOPCon выше 26%.

3. Элементы HJT: лазерный отжиг для оптимизации интерфейса
В элементах HJT (Heterojunction) используются слои аморфного кремния для превосходной пассивации поверхности. Однако дефекты интерфейса, такие как оборванные связи, все еще могут приводить к рекомбинации носителей заряда.
Лазерный отжиг (LIA) использует контролируемое лазерное облучение для активации миграции водорода на границе раздела аморфного и кристаллического кремния, восстанавливая дефекты на месте. Было показано, что этот процесс улучшает напряжение холостого хода (Voc) и коэффициент заполнения (FF), что делает его практическим методом оптимизации эффективности гетеропереходных солнечных элементов.

4. Перовскитные и тандемные элементы: лазерная обработка для масштабируемой интеграции
В перовскитных и перовскитно-кремниевых тандемных элементах лазерная обработка является не только инструментом производства, но и структурным фактором. Стандартные этапы лазерной обработки P1, P2 и P3 определяют сегментацию электродов, изоляцию субэлементов и последовательное соединение.
Учитывая хрупкость и различную термическую стабильность функциональных слоев, лазерная обработка — благодаря своим бесконтактным и высокоточным характеристикам — имеет решающее значение для достижения высокой эффективности и однородности в устройствах большой площади. В результате лазерная обработка считается одним из основных процессов для индустриализации тандемных элементов.

Универсальные лазерные процессы для снижения затрат и повышения производительности
Помимо применений, специфичных для конкретных типов ячеек, лазерные технологии также поддерживают несколько межплатформенных этапов производства:
* Лазерная передача сетки электродов: Обеспечивает более тонкие электроды и улучшенную однородность по сравнению с трафаретной печатью, значительно снижая потребление серебряной пасты, особенно в низкотемпературных процессах, таких как HJT.
* Лазерная резка без повреждений: Позволяет выполнять точную обработку половинных и многосекционных ячеек с уменьшенным риском микротрещин, повышая выходную мощность модуля.
* Лазерная изоляция и пассивация краев: Восстанавливает повреждения краев после резки, снижая потери на рекомбинацию и способствуя повышению эффективности на уровне модуля.
Эти универсальные лазерные процессы играют важную роль в снижении стоимости за ватт при одновременном повышении общей производительности производства.

Терморегулирование: Основа стабильной лазерной обработки
По мере того, как производство фотоэлектрических элементов движется к более высокой производительности и длительной непрерывной работе, стабильность лазерного процесса все больше зависит от точного контроля температуры. Даже незначительные колебания выходной мощности лазера могут напрямую влиять на контактное сопротивление, плотность дефектов или однородность ширины линии.
В производственных условиях лазерные источники и оптические компоненты работают под постоянными тепловыми нагрузками. Поэтому надежные системы охлаждения и контроля температуры необходимы для поддержания стабильности энергии лазера, минимизации дрейфа мощности и обеспечения повторяемости результатов обработки. Эффективное терморегулирование лазерных источников, силовых модулей и оптических узлов напрямую способствует повышению производительности и надежности процесса, особенно для ячеек TOPCon, HJT и тандемных ячеек с более узкими технологическими допусками.
Промышленные решения для контроля температуры, разработанные для мощных лазерных применений, продолжают развиваться в направлении большей стабильности, более быстрого отклика и долгосрочной эксплуатационной надежности, обеспечивая прочную основу для передового производства фотоэлектрических элементов.

Заключение
От широкомасштабной коммерциализации ячеек PERC до быстрого внедрения технологий TOPCon и HJT и далее к исследованию тандемных архитектур, лазерные технологии неизменно присутствуют на самых важных этапах производства фотоэлектрических элементов. Хотя они не определяют теоретический предел эффективности, они в значительной степени определяют, может ли эта эффективность быть достигнута последовательно, контролируемо и в промышленных масштабах.
По мере того, как фотоэлектрическая промышленность движется к повышению эффективности и большей надежности производства, лазерная обработка, наряду с системной поддержкой, обеспечивающей ее стабильность, останется фундаментальным двигателем технологического прогресса и промышленной модернизации.