کاربرد لیزر در تولید باتری خورشیدی

در ماه مه 2022، دوربین مدار بسته گزارش داد که آخرین داده های اداره ملی انرژی نشان می دهد که تا کنون، پروژه های تولید برق فتوولتائیک در دست ساخت 121 میلیون کیلووات است و انتظار می رود که تولید برق سالانه فتوولتائیک به تازگی به شبکه متصل شود. 108 میلیون کیلووات، افزایش 95.9 درصدی نسبت به سال قبل.

افزایش مداوم ظرفیت نصب شده PV جهانی، کاربرد فناوری پردازش لیزری در صنعت فتوولتائیک را تسریع کرده است.بهبود مستمر فناوری پردازش لیزری همچنین بهره وری استفاده از انرژی فتوولتائیک را بهبود بخشیده است.بر اساس آمار مربوطه، بازار جهانی ظرفیت نصب شده جدید PV به 130 گیگاوات در سال 2020 رسیده است که یک رکورد تاریخی جدید را شکست.در حالی که ظرفیت نصب شده PV جهانی به بالاترین حد خود رسیده است، به عنوان یک کشور بزرگ تولید همه جانبه، ظرفیت نصب شده PV چین همیشه روند صعودی خود را حفظ کرده است.از سال 2010، خروجی سلول های فتوولتائیک در چین از 50 درصد کل خروجی جهانی فراتر رفته است که این یک حس واقعی است.بیش از نیمی از صنعت فتوولتائیک جهان تولید و صادر می شود.

لیزر به عنوان یک ابزار صنعتی، یک فناوری کلیدی در صنعت فتوولتائیک است.لیزر می‌تواند مقدار زیادی انرژی را در سطح مقطع کوچکی متمرکز کرده و آن را آزاد کند و کارایی استفاده از انرژی را تا حد زیادی بهبود بخشد، به طوری که می‌تواند مواد سخت را برش دهد.ساخت باتری در تولید فتوولتائیک اهمیت بیشتری دارد.سلول های سیلیکونی نقش مهمی در تولید برق فتوولتائیک ایفا می کنند، چه سلول های سیلیکونی کریستالی و چه سلول های سیلیکونی لایه نازک.در سلول‌های سیلیکونی کریستالی، تک کریستال/پلی کریستال با خلوص بالا برای باتری‌ها به ویفرهای سیلیکونی بریده می‌شود و از لیزر برای برش، شکل‌دهی و نوشتن بهتر و سپس رشته‌بندی سلول‌ها استفاده می‌شود.

01 درمان غیرفعال سازی لبه باتری

عامل کلیدی برای بهبود کارایی سلول های خورشیدی، به حداقل رساندن اتلاف انرژی از طریق عایق الکتریکی، معمولاً با حکاکی و غیرفعال کردن لبه های تراشه های سیلیکونی است.در فرآیند سنتی از پلاسما برای درمان عایق لبه استفاده می شود، اما مواد شیمیایی اچینگ مورد استفاده گران هستند و برای محیط زیست مضر هستند.لیزر با انرژی و توان بالا می تواند به سرعت لبه سلول را غیرفعال کند و از اتلاف بیش از حد انرژی جلوگیری کند.با ایجاد شیار لیزری، اتلاف انرژی ناشی از جریان نشتی سلول خورشیدی به میزان زیادی کاهش می‌یابد، از 10 تا 15 درصد تلفات ناشی از فرآیند حکاکی شیمیایی سنتی به 2 تا 3 درصد از تلفات ناشی از فناوری لیزر. .

02 ترتیب و نوشتن

چیدمان ویفرهای سیلیکونی توسط لیزر یک فرآیند آنلاین رایج برای جوشکاری سری اتوماتیک سلول های خورشیدی است.اتصال سلول های خورشیدی به این روش هزینه ذخیره سازی را کاهش می دهد و رشته های باتری هر ماژول را منظم تر و فشرده تر می کند.

03 برش و خط نویسی

در حال حاضر استفاده از لیزر برای خراشیدن و برش ویفرهای سیلیکونی پیشرفته تر است.دارای دقت استفاده بالا، دقت تکرار بالا، عملکرد پایدار، سرعت سریع، عملیات ساده و نگهداری راحت است.

04 نشان ویفر سیلیکونیing

کاربرد قابل توجه لیزر در صنعت فتوولتائیک سیلیکونی علامت گذاری سیلیکون بدون تأثیر بر رسانایی آن است.برچسب زدن ویفر به تولیدکنندگان کمک می کند تا زنجیره تامین خورشیدی خود را دنبال کرده و کیفیت پایدار را تضمین کنند.

05 فرسایش فیلم

سلول‌های خورشیدی لایه نازک برای جداسازی انتخابی لایه‌های خاص برای دستیابی به عایق الکتریکی، به فن‌آوری رسوب بخار و خط‌کشی متکی هستند.هر لایه از فیلم باید به سرعت بدون تأثیر بر لایه‌های دیگر شیشه و سیلیکون زیرلایه رسوب شود.فرسایش آنی منجر به آسیب مدار بر روی لایه های شیشه و سیلیکون می شود که منجر به خرابی باتری می شود.

به منظور اطمینان از پایداری، کیفیت و یکنواختی عملکرد تولید برق بین قطعات، توان پرتو لیزر باید به دقت برای کارگاه تولید تنظیم شود.اگر توان لیزر نتواند به حد معینی برسد، فرآیند خط‌نویسی کامل نمی‌شود.به طور مشابه، پرتو باید قدرت را در یک محدوده باریک نگه دارد و از شرایط کاری 7 * 24 ساعته در خط مونتاژ اطمینان حاصل کند.همه این عوامل الزامات بسیار سختگیرانه ای را برای مشخصات لیزر مطرح می کنند و برای اطمینان از حداکثر عملکرد باید از دستگاه های نظارتی پیچیده استفاده شود.

سازندگان از اندازه گیری توان پرتو برای سفارشی کردن لیزر و تنظیم آن برای برآورده کردن الزامات برنامه استفاده می کنند.برای لیزرهای پرقدرت، ابزارهای مختلف اندازه گیری قدرت وجود دارد و آشکارسازهای پرقدرت می توانند در شرایط خاص محدودیت لیزر را بشکنند.لیزرهای مورد استفاده در برش شیشه یا سایر کاربردهای رسوب دهی نیاز به توجه به ویژگی های ظریف پرتو دارند، نه قدرت.

هنگامی که از فیلم نازک فتوولتائیک برای فرسایش مواد الکترونیکی استفاده می شود، ویژگی های پرتو از قدرت اصلی مهم تر است.اندازه، شکل و قدرت نقش مهمی در جلوگیری از نشتی جریان باتری ماژول ایفا می کند.پرتو لیزری که مواد فتوولتائیک رسوب‌شده را بر روی صفحه شیشه‌ای اصلی جدا می‌کند نیز نیاز به تنظیم دقیق دارد.به عنوان یک نقطه تماس خوب برای ساخت مدارهای باتری، پرتو باید تمام استانداردها را رعایت کند.فقط پرتوهای با کیفیت بالا با قابلیت تکرار بالا می توانند مدار را بدون آسیب رساندن به شیشه زیر به درستی از بین ببرند.در این حالت معمولاً به یک آشکارساز ترموالکتریکی نیاز است که بتواند انرژی پرتو لیزر را به طور مکرر اندازه گیری کند.

اندازه مرکز پرتو لیزر بر حالت فرسایش و محل آن تأثیر می گذارد.گرد بودن (یا بیضی بودن) پرتو بر روی خط نویسی که روی ماژول خورشیدی نمایش داده می شود، تأثیر می گذارد.اگر خط خطی ناهموار باشد، بیضی بودن پرتو ناسازگار باعث نقص در ماژول خورشیدی می شود.شکل کل پرتو نیز بر اثربخشی ساختار دوپ شده سیلیکونی تأثیر می گذارد.برای محققان، مهم است که لیزری با کیفیت خوب، بدون توجه به سرعت پردازش و هزینه انتخاب کنند.با این حال، برای تولید، لیزرهای حالت قفل معمولا برای پالس های کوتاه مورد نیاز برای تبخیر در ساخت باتری استفاده می شود.

مواد جدیدی مانند پروسکایت فرآیند تولید ارزان‌تر و کاملاً متفاوت از باتری‌های سیلیکونی کریستالی سنتی را ارائه می‌کنند.یکی از مزایای بزرگ پروسکایت این است که می تواند تاثیر پردازش و ساخت سیلیکون کریستالی را بر محیط زیست کاهش دهد و در عین حال کارایی را حفظ کند.در حال حاضر، رسوب بخار مواد آن نیز از فناوری پردازش لیزری استفاده می کند.بنابراین، در صنعت فتوولتائیک، فناوری لیزر به طور فزاینده ای در فرآیند دوپینگ استفاده می شود.لیزرهای فتوولتائیک در فرآیندهای مختلف تولید استفاده می شوند.در تولید سلول های خورشیدی سیلیکونی کریستالی، از فناوری لیزر برای برش تراشه های سیلیکونی و عایق لبه ها استفاده می شود.دوپینگ لبه باتری برای جلوگیری از اتصال کوتاه الکترود جلو و الکترود عقب است.در این کاربرد، فناوری لیزر به طور کامل از سایر فرآیندهای سنتی پیشی گرفته است.اعتقاد بر این است که در آینده کاربردهای بیشتری از فناوری لیزر در کل صنعت مرتبط با فتوولتائیک وجود خواهد داشت.