De la aplicațiile sale originale de laborator la diversele domenii de astăzi ale medicinei, comunicațiilor, producției, cercetării militare și științifice, laserele au devenit o parte integrantă a tehnologiei și științei moderne. Originile laserelor pot fi urmărite încă de la mijlocul-20secolului, în mare parte determinate de lucrările teoretice ale lui Arthur Schawlow și Charles Townes, împreună cu lucrările experimentale ale lui Dexter R. Hansch (Theodore Maiman). Mai jos este o prezentare mai detaliată a procesului prin care a apărut laserul:
- Stabilirea bazelor teoretice: La începutul secolului al XX-lea, Albert Einstein a propus teoria fotonului conform căreia lumina există sub formă de particule discrete (fotoni). Această teorie a pus bazele opticii cuantice, care a oferit un sprijin important pentru baza teoretică a laserului mai târziu.
- Teoria radiației excitate: În 1951, Charles Towns și Arthur Lambert au propus în mod independent teoria radiației excitate, care a relevat că atunci când atomii sau moleculele sunt în stare excitată, pot fi excitați de un foton dintr-un atom care a fost deja excitat. , producând astfel fotoni cu aceeași frecvență și fază ca fotonul excitat. Baza teoretică a acestui proces a devenit nucleul modului în care funcționează laserele.
- Formularea teoretică a laserelor: munca teoretică a lui Towns și Lambert a declanșat studiul modului de realizare a radiației excitate și au dezvoltat conceptul de amplificare a luminii folosind radiația excitată. Ideea lor cheie a fost de a crește treptat numărul de fotoni prin reflectarea lor înainte și înapoi într-o cavitate optică cu reflectivitate mare, formând în cele din urmă un fascicul de lumină foarte focalizat, laserul.
- Verificarea experimentală a laserelor 1: În 1958, fizicianul american Dexter R. Hansch a reușit să construiască primul laser funcțional. El a folosit un mediu de excitație sintetic, de obicei un amestec de azot și neon, pentru a obține radiații excitate. Acest laser a produs un fascicul de lumină controlat, foarte focalizat, care a marcat nașterea oficială a tehnologiei laser.
Au trecut 63 de ani din iulie 1960, când primul laser rubin operabil din lume cu o lungime de undă de 0,6943 microni a fost realizat cu succes de către Meyman la Hughes Research Laboratories din Statele Unite. O serie de caracteristici, cum ar fi gradul ridicat de focalizare al laserului, monocromaticitatea bună, densitatea mare de energie, propagarea pe distanțe lungi, fără contact și așa mai departe, îl fac pe scară largă. Laserul este adesea menționat ca „steaua de mâine în secolul 21”, „una dintre tehnologiile importante ale secolului 21”, „cel mai precis riglă, cel mai rapid cuțit”. Acest tip de nume reflectă, de asemenea, poziția importantă și aplicarea largă a tehnologiei laser în societatea și știința și tehnologia contemporane. Tehnologia laser joacă un rol cheie în multe domenii precum comunicarea, tratamentul medical, producția, cercetarea științifică, armata, monitorizarea mediului etc. și, prin urmare, este considerată una dintre cele mai promițătoare și influente tehnologii din secolul 21. În special în industria fotovoltaică, tehnologia laser generează o serie de inovații care fac fabricarea celulelor solare mai eficientă, mai fiabilă și mai ecologică.
Astăzi, să ne aprofundăm în noile aplicații ale laserelor în industria fotovoltaică.
Tăiere cu laser: Dispozitive cu laser
Tăierea cu laser este un proces extrem de precis, care este folosit pentru a tăia plăcile de celule solare de siliciu la dimensiunea dorită. Principiul său principal este că un fascicul laser focalizat este direcționat pe suprafața materialului de tăiat. Energia fotonului este absorbită de material, rezultând încălzirea localizată a materialului. Când energia fasciculului laser este suficient de mare, acesta poate încălzi suprafața materialului la o temperatură suficientă pentru a iniția topirea sau evaporarea. În cazul materialelor metalice, aceasta este de obicei topirea, în timp ce în cazul materialelor nemetalice, precum materialele plastice sau lemnul, aceasta este de obicei evaporare. Placile de celule solare sunt de obicei plăci mari de siliciu, iar tăierea cu laser le permite să fie tăiate în celule mai mici cu mare precizie pentru a îndeplini cerințele de dimensiune ale panourilor solare. Acest lucru nu numai că îmbunătățește productivitatea și calitatea celulelor, dar și reduce considerabil risipa de materiale și costurile de producție. Gradul ridicat de focalizare și precizie de control a fasciculului laser face procesul de tăiere mai delicat și produce aproape zero deșeuri. În plus, tăierea cu laser are, de asemenea, o diversitate de aplicabilitate a materialelor, nu numai pentru plăcile de celule solare cu siliciu, dar poate fi folosită și pentru alte tipuri de celule solare, cum ar fi celulele solare cu film subțire, precum și pentru tăierea altor materiale, deci are o grad ridicat de flexibilitate. Avantajul utilizării foii de celule solare tăiate cu laser este utilizarea procesării fără contact, fără stres, astfel încât muchia de tăiere este dreaptă, nu va deteriora structura napolitanei, parametrii electrici sunt mai buni decât metoda tradițională de tăiere mecanică, atât pentru a îmbunătăți randamentul și a reduce costurile, lățimea fantei este mică, de înaltă precizie, puterea laserului poate fi ajustată, puteți controla grosimea tăieturii, astfel încât să realizați subțierea celulelor solare. Tehnologia de tăiere cu laser poate fi aplicată pe foile de baterii cu suprafețe mari pentru scriere și tăiere, controlând precis precizia și grosimea tăierii, reducând și mai mult resturile de tăiere și îmbunătățind utilizarea bateriei. În plus față de aplicarea de tăiere pe foaia bateriei, există, de asemenea, în sticla fotovoltaică poate fi, de asemenea, inscripționat, principiul este același.
Dopaje cu laser: echipamente de dopaj cu laser
Dopajul cu laser este o tehnică de prelucrare a materialelor aplicată de obicei materialelor semiconductoare, în special siliciului, pentru a le modifica proprietățile electrice. Principiul tehnicii este de a folosi un laser de mare putere pentru a iradia suprafața semiconductorului și a introduce un material de dopaj extern (de obicei bor sau fosfor) în rețeaua semiconductoare. Acest proces implică energia laserului care încălzește materialul semiconductor la o temperatură suficient de mare încât materialul dopant să poată pătrunde în rețea și să deplaseze anumiți atomi ai materialului semiconductor, modificând astfel proprietățile conductoare ale materialului. Energia laserului este utilizată pentru a conduce atomii de bor să difuzeze în placheta de siliciu pentru a obține o structură SE emițător selectiv. Dopând puternic linia rețelei metalice în zona de contact cu placheta de siliciu și menținând doparea ușoară în alte zone din partea frontală, nu numai că poate forma un contact ohmic bun între electrod și emițător, dar poate și reduce complexarea oligonilor. pe suprafața emițătorului (ruta tehnologiei TOPCon), care poate obține un curent de scurtcircuit mai mare, tensiune de circuit deschis și factor de umplere și poate îmbunătăți eficiența conversiei fotoelectrice a celulei solare. Avantajele sale constau în 1, înaltă precizie: dopajul cu laser poate obține o acuratețe și o rezoluție spațială foarte mare, permițând un control precis al procesului de dopaj.2, fără contact: metodele de procesare fără contact nu introduc daune mecanice sau contaminare cu impurități, în special potrivit pentru fabricarea de dispozitive semiconductoare de înaltă performanță.3, procesare rapidă: dopajul cu laser este un proces de mare viteză, care permite procesarea unei cantități mari de material într-o perioadă scurtă de timp.4, Aplicabilitate largă: Această tehnologie este aplicabilă diferitelor tipuri de materiale semiconductoare, inclusiv siliciu, arseniură de galiu, arseniură de indiu etc. În industria fotovoltaică, tehnologia de dopaj cu laser este utilizată în mod obișnuit la fabricarea celulelor solare pentru a îmbunătăți performanța celulelor. Unele companii fotovoltaice de top și furnizori de tehnologie în dezvoltarea și aplicarea tehnologiei de dopaj cu laser.
Companiile de peste mări includ: Applied Materials, Amtech Systems etc.
Companiile interne includ: Dier, Dazhou, Shengxiong etc.
În ceea ce privește modificarea materialului, pe lângă dopajul cu laser, există tehnologia de reparare indusă de laser, tehnologia de recoacere indusă de laser, tehnologia de sinterizare indusă de laser este o nouă tehnologie lansată de Dier Laser Technology pe 14 august 20 23, care poate câștiga 0,2% din eficiența bateriei.
Imprimare prin transfer laser
Laser Pattern Transfer Printing (PTP) este un nou tip de tehnologie de imprimare fără contact, principiul acestei tehnologii este de a acoperi pasta necesară pe un anumit material flexibil, transparent la lumină, folosind un fascicul laser de mare putere cu grafică de mare viteză. prin scanare, pasta este transferată din materialul flexibil transparent la lumină pe suprafața bateriei pentru a forma o linie de grilă. Prin tehnologia de imprimare laser fără contact (PTP) pentru a îmbunătăți procesul de imprimare cu grilă fină a celulelor solare de înaltă eficiență, poate depăși limita tradițională de lățime a liniei de imprimare serigrafică, poate realiza cu ușurință lățimea liniei de 25um sau mai puțin, în celulele napolitane imprimate pe un raport de aspect mai mare al liniilor de rețea ultrafine, pentru a ajuta bateria să atingă celule de rețea ultra-fine, potrivire cu tehnologia emițătorului selectiv, pentru a îmbunătăți eficiența celulei solare în același timp, o economie substanțială a consumului de pastă de 20 la sută sau mai mult și, în cele din urmă, reduce costurile de producție a bateriilor și de generare a energiei. Principiul tehnologiei de transfer cu laser se bazează pe densitatea mare de energie și pe controlul precis al laserului. Pașii săi principali includ: 1, pregătirea stratului inferior: în procesul de fabricație al celulelor solare, stratul inferior este de obicei un strat conductor transparent, utilizat pentru colectarea energiei solare și transmiterea curentului electric. 2, iradiere cu laser: utilizarea iradierii cu fascicul laser pe stratul inferior, pentru a muta focalizarea laser într-un mod controlat cu precizie. Densitatea mare de energie a laserului sinterizează sau zgârie selectiv stratul de dedesubt pentru a forma un model specific pentru celulă.3. Stivuire strat: Straturi de celule diferite, cum ar fi stratul activ și electrozii, pot fi stivuite deasupra stratului de strat de bază strat cu strat prin transfer laser.4. Turnare și încapsulare: în cele din urmă, modulul de celule este procesat prin etape de turnare și încapsulare pentru a forma celula solară finală. Avantajele sale sunt: 1, precizie ridicată: tehnologia de transfer cu laser poate atinge o precizie și rezoluție foarte înaltă, ajutând la producerea de celule solare de înaltă eficiență, imprimare foarte consistentă, uniformitate excelentă, eroare în 2um, pasta de argint la temperatură joasă este de asemenea aplicabilă (HJT) . 2, fără contact: aceasta este o metodă de procesare fără contact, nu va deteriora sau contamina componentele bateriei, pentru a ajuta la îmbunătățirea calității celulei, iar în viitorul proces al filmului subțire este cu siguranță ascuțit. 3, producție rapidă: imprimarea prin transfer cu laser este o metodă de procesare de mare viteză, poate îmbunătăți eficiența producției de celule solare. 4, adaptabilitate cu mai multe materiale: această tehnologie poate fi aplicată la o varietate de tipuri diferite de materiale ale bateriei, inclusiv materiale organice, materiale siliconice etc. 5, controlul costurilor: în comparație cu imprimarea serigrafică, imprimarea prin transfer cu laser a rețelei este mai fină , se poate face sub 18um Economii de pastă de 30 la sută , pasta de argint cu două fețe TOPCON, pasta de argint la temperatură joasă HJT se va datora tehnologiei de transfer cu laser pentru a reduce consumul unui număr mare de pastă de argint a devenit una dintre tehnologiile importante pentru a reduce costurile și a crește eficiența.
Perforare cu laser
Principiul perforarii laser este de a utiliza densitatea mare de energie a fasciculului laser pentru a încălzi zona locală a materialului la o temperatură suficient de mare pentru a se evapora, topi sau vaporiza materialul pentru a forma găuri. Cheia perforației cu laser este controlul densității energiei laserului, timpul de expunere și poziția de focalizare pentru a se asigura că materialul este prelucrat cu precizie în orificiul dorit. Această precizie și densitate mare de energie fac ca forajul cu laser să fie ideal pentru multe aplicații industriale, inclusiv pentru fabricarea de celule solare în industria fotovoltaică. Diferite tipuri de lasere (de exemplu, lasere CO2, lasere Nd:YAG, lasere femtosecunde etc.) pot fi utilizate pentru diferite tipuri de materiale și aplicații, astfel încât sistemul laser adecvat trebuie selectat pentru nevoile specifice. Perforarea cu laser are o gamă largă de aplicații în industria fotovoltaică, în special în procesul de fabricare a celulelor solare. Următoarele sunt câteva dintre principalele aplicații ale perforației cu laser în industria fotovoltaică:
- Prelucrarea celulelor: perforarea cu laser este utilizată în mod obișnuit în procesarea celulelor solare. Aceste găuri mici pot fi folosite pentru a îmbunătăți eficiența de absorbție a luminii a celulei și pentru a reduce pierderile de reflexie, crescând astfel eficiența conversiei fotoelectrice (efectul de lumină prinsă). Perforarea cu laser permite prelucrarea precisă și eficientă a plachetelor de siliciu, a plachetelor de polisiliciu și a altor materiale pentru celule solare.
- Conexiuni de celule și module: în procesul de asamblare a celulelor solare, sunt necesare fire pentru a conecta celulele între ele. Perforarea cu laser poate fi folosită pentru a crea găuri pentru conectarea firelor între celule, pentru a asigura un transfer lin de curent între celule și pentru a reduce pierderile de energie. Perforarea cu laser este, de asemenea, utilizată pentru a face găuri și puncte de conectare pentru suporturi, cadre și alte componente în procesul de fabricație a modulelor solare.
- Foaia din spate din sticlă fotovoltaică: Deoarece modulele fotovoltaice convenționale folosesc doar sticlă fotovoltaică pentru placa de acoperire, în timp ce modulele cu sticlă dublă folosesc sticlă fotovoltaică atât pentru placa de acoperire, cât și pentru placa din spate, iar sticla fotovoltaică a plăcii din spate trebuie să fie perforată într-o locație specifică pentru pentru a aduce cablurile de curent de la modulul fotovoltaic la cutia de joncțiune. Prin urmare, perforarea foilor din spate din sticlă PV a devenit un proces esențial în producția de procesare ulterioară.
În general, perforarea cu laser este utilizată pe scară largă în industria fotovoltaică pentru a îmbunătăți eficiența celulelor solare, a reduce costurile de producție și a îmbunătăți calitatea produsului. Aceste aplicații ajută la promovarea dezvoltării tehnologiei energiei solare și la promovarea utilizării energiei regenerabile. Trebuie remarcat faptul că aplicațiile specifice pot varia în funcție de procesul de fabricație și de material, astfel încât aplicația reală trebuie să se bazeze pe necesitatea de a selecta tehnologia și parametrii laser corespunzătoare.
Cele de mai sus sunt doar câteva dintre aplicațiile proceselor laser în industria fotovoltaică, care desigur includ și laser slotting (XBC), ablația laser (PERC) și așa mai departe.
Perspective de viitor:
Pe măsură ce tehnologia laser continuă să avanseze, putem prevedea mai multe inovații care vor avansa și mai mult industria fotovoltaică. Materiale fotovoltaice mai eficiente, procese de producție mai inteligente și mai multe aplicații care utilizează energia fotovoltaică sunt probabil să apară în viitor. Noile aplicații ale tehnologiei laser în industria fotovoltaică nu numai că au crescut productivitatea, ci și-au îmbunătățit performanța și durabilitatea modulelor. Inovația continuă în această tehnologie va continua să stimuleze dezvoltarea celulelor solare și să contribuie la un viitor cu energie curată. În plus, în producția fotovoltaică, tehnologia laser nu numai că îmbunătățește productivitatea, ci și reduce generarea de deșeuri, ceea ce ajută la minimizarea sarcinii asupra mediului. În plus, tehnologia de curățare cu laser nu necesită substanțe chimice, economisind energie și resurse. Tehnologie curată pentru o industrie curată - minunat.
În cele din urmă, profunzimea tehnologiei laser este totul despre înțelegere. Minunile tehnologiei laser nu pot fi scrise suficient.
