Lasertoepassingen in de fotovoltaïsche industrie

In de ontwikkeling en het gebruik van fotovoltaïsche (PV) energie speelt lasertechnologie—bekend om zijn hoge precisie en efficiëntie—een steeds belangrijkere rol. Dit artikel onderzoekt de verschillende toepassingen van lasertechnologie in de PV-sector en geeft een vooruitblik op de toekomstige ontwikkelingsmogelijkheden.

Lasersnijden

Lasertechnologie wordt veel gebruikt voor het snijden van kristallijn silicium. Door de parameters van het lasersnijden nauwkeurig te regelen, kunnen fabrikanten efficiënt en met weinig verlies wafers snijden, waardoor de efficiëntie en opbrengst van PV-modules worden verbeterd. Lasersnijden wordt ook gebruikt bij de fabricage van zonnecellen, waarbij laseretsen de creatie van micro- en nanoschaal oppervlaktestructuren mogelijk maakt, waardoor de lichtabsorptie wordt verbeterd en het uitgangsvermogen van de cel wordt verhoogd.

Als een zeer nauwkeurig proces wordt lasersnijden gebruikt om silicium zonnecellen in de gewenste afmetingen te snijden. Het basisprincipe omvat het focussen van een laserstraal op het oppervlak van het te snijden materiaal. Het materiaal absorbeert de fotonenergie, waardoor lokale verwarming ontstaat. Wanneer de laserenergie voldoende hoog is, wordt het oppervlak van het materiaal verwarmd tot een punt dat leidt tot smelten of verdamping—smelten voor metalen en typisch verdamping voor niet-metalen zoals kunststoffen of hout.

Laserdoping

Laserdoping is een materiaalbewerkingstechniek die veel wordt gebruikt in halfgeleiders—vooral silicium—om hun elektrische eigenschappen te veranderen. Het kernprincipe omvat het bestralen van het halfgeleideroppervlak met een krachtige laser om het substraat lokaal te smelten en doteringsmaterialen (meestal boor of fosfor) in het siliciumrooster op te nemen.

Belangrijkste voordelen zijn:

1. Hoge precisie: Laserdoping biedt uitstekende ruimtelijke resolutie en dopingcontrole.
2. Contactloze verwerking: Als een contactloze methode vermijdt het mechanische schade of verontreiniging, waardoor het ideaal is voor hoogwaardige apparaten.
3. Hoge doorvoer: Het proces is snel en geschikt voor grootschalige productie.
4. Brede materiaalcompatibiliteit: Toepasbaar op verschillende halfgeleiders, waaronder silicium, galliumarsenide en indiumarsenide.

Laser Transfer Printing (Patroon Transfer Printing, PTP)

Laser Pattern Transfer Printing is een opkomende contactloze printtechniek. Het principe omvat het aanbrengen van een gewenste pasta op een flexibele, transparante drager en vervolgens het gebruik van een krachtige laserstraal om de pasta selectief en snel van de drager naar het celoppervlak over te brengen om fijne rasterlijnen te vormen.

Belangrijkste processtappen zijn:

1. Substraatvoorbereiding: Het substraat omvat typisch een transparante geleidende oxide (TCO) laag om elektriciteit te verzamelen en te geleiden.
2. Laserbestraling: Een laserstraal wordt nauwkeurig over het substraat gescand, waardoor het lokaal wordt gesinterd of gepatrooneerd om de gewenste elektrodestructuur te vormen.
3. Laagstapeling: Actieve lagen en elektroden kunnen laag voor laag worden overgebracht via laseroverdracht.
4. Incapsulatie: De uiteindelijke cel wordt gevormd door vormgeving en inkapseling.

Voordelen zijn onder meer:

1. Hoge precisie: In staat om patronen van minder dan 2 μm te bereiken met uitstekende uniformiteit—ideaal voor zonnecellen met hoge efficiëntie. Compatibel met zilverpasta op lage temperatuur (gebruikt in HJT-cellen).
2. Contactloze verwerking: Voorkomt celschade of verontreiniging, ondersteunt dunnere wafertechnologieën.
3. Hoge snelheid productie: Maakt snelle productie met hoge doorvoer mogelijk.
4. Multi-materiaal aanpasbaarheid: Compatibel met verschillende materialen, waaronder organische en op silicium gebaseerde substraten.
5. Kostenbesparingen: In vergelijking met zeefdruk maakt laseroverdracht smallere rasterlijnen mogelijk (tot 18 μm), waardoor het verbruik van zilverpasta met wel 30% wordt verminderd. Dit is met name voordelig voor TOPCon- en HJT-cellen die dure zilverpasta's aan beide zijden gebruiken.

​

Laserboren

Laserboren gebruikt laserstralen met een hoge energiedichtheid om lokale gebieden van een materiaal te verwarmen tot het punt van smelten, verdamping of ablatie, waardoor gaten ontstaan. Belangrijke parameters—zoals energiedichtheid, belichtingstijd en focuspositie—moeten nauwkeurig worden gecontroleerd om een nauwkeurige gatvorming te garanderen. Verschillende lasers (CO₂, Nd:YAG, femtoseconde, enz.) worden geselecteerd op basis van het materiaaltype en de toepassing.

In de fotovoltaïsche sector heeft laserboren verschillende belangrijke toepassingen:

1. Zonnecelverwerking: Laserboren kan micro-gaten vormen op celoppervlakken, waardoor lichtvangst wordt verbeterd en reflectieverliezen worden verminderd, waardoor de conversie-efficiëntie wordt verbeterd. Het is geschikt voor siliciumwafers, multicristallijne cellen en andere fotovoltaïsche materialen.
2. Verbinding van cellen en modules: Laserboren wordt gebruikt om via-gaten te creëren voor elektrische verbindingen tussen cellen, waardoor een soepele stroom wordt gegarandeerd en energieverlies wordt geminimaliseerd. Het ondersteunt ook de fabricage van structurele gaten voor moduleframes en connectoren.
3. Fotovoltaïsche glazen achterpanelen: In dubbelglas PV-modules zijn zowel de voor- als achterpanelen van glas gemaakt. Het achterpaneel vereist nauwkeurig gaten boren om elektrische leidingen naar aansluitdozen te leiden, waardoor laserboren een essentieel proces is bij diepe glasbewerking.

Conclusie

Laserboren en andere laserprocessen spelen een cruciale rol bij het verbeteren van de efficiëntie van zonnecellen, het verlagen van de productiekosten en het verbeteren van de productkwaliteit. Deze technologieën dragen aanzienlijk bij aan de vooruitgang van zonne-energie en de bredere acceptatie van hernieuwbare energiebronnen.

Het is vermeldenswaard dat lasertoepassingen in fotovoltaïsche systemen verder gaan dan de hierboven genoemde processen en ook technieken omvatten zoals lasergroeven (bijv. voor XBC-cellen) en laserablatie (gebruikt bij de productie van PERC-cellen), onder andere.

Gerelateerde producten