Des de les seves aplicacions de laboratori originals fins als diversos camps actuals de la medicina, les comunicacions, la fabricació, la investigació militar i científica, els làsers s'han convertit en una part integral de la tecnologia i la ciència modernes. Els orígens dels làsers es remunten a mitjans del -20segle, en gran part impulsats pel treball teòric d'Arthur Schawlow i Charles Townes, juntament amb el treball experimental de Dexter R. Hansch (Theodore Maiman). El següent és un relat més detallat del procés pel qual es va originar el làser:
- Establiment de bases teòriques: A principis del segle XX, Albert Einstein va proposar la teoria dels fotons que la llum existeix en forma de partícules discretes (fotons). Aquesta teoria va establir les bases de l'òptica quàntica, que va proporcionar un suport important per a la base teòrica del làser més tard.
- La teoria de la radiació excitada: el 1951, Charles Towns i Arthur Lambert van proposar de manera independent la teoria de la radiació excitada, que va revelar que quan els àtoms o les molècules es troben en un estat excitat, poden ser excitats per un fotó d'un àtom que ja ha estat excitat. , produint així fotons amb la mateixa freqüència i fase que el fotó excitat. La base teòrica d'aquest procés es va convertir en el nucli del funcionament dels làsers.
- Formulació teòrica de làsers: el treball teòric de Towns i Lambert va desencadenar l'estudi de com realitzar la radiació excitada i van desenvolupar el concepte d'amplificació de la llum mitjançant radiació excitada. La seva idea clau era augmentar gradualment el nombre de fotons reflectint-los cap endavant i cap enrere en una cavitat òptica amb alta reflectivitat, formant finalment un feix de llum molt enfocat, el làser.
- Verificació experimental de làsers 1: l'any 1958, el físic nord-americà Dexter R. Hansch va aconseguir construir el primer làser en funcionament. Va utilitzar un medi d'excitació sintètic, generalment una barreja de nitrogen i neó, per aconseguir la radiació excitada. Aquest làser va produir un feix de llum controlat i molt enfocat, que va marcar el naixement oficial de la tecnologia làser.
Han passat 63 anys des del juliol de 1960, quan Meyman va fer amb èxit el primer làser robí operable del món amb una longitud d'ona de 0,6943 micres als Laboratoris de Recerca Hughes als Estats Units. Una sèrie de característiques com ara l'alt grau d'enfocament del làser, la bona monocromaticitat, l'alta densitat d'energia, la propagació a llarga distància, el no contacte, etc., fan que sigui àmpliament utilitzat. El làser es coneix sovint com "l'estrella del demà al segle XXI", "una de les tecnologies importants del segle XXI", "el regle més precís, el ganivet més ràpid". Aquest tipus de nom també reflecteix la posició important i l'àmplia aplicació de la tecnologia làser a la societat contemporània i la ciència i la tecnologia. La tecnologia làser té un paper clau en molts camps com la comunicació, el tractament mèdic, la fabricació, la investigació científica, l'exèrcit, la vigilància ambiental, etc., i per tant es considera una de les tecnologies més prometedores i influents del segle XXI. Particularment a la indústria fotovoltaica, la tecnologia làser està generant una sèrie d'innovacions que fan que la fabricació de cèl·lules solars sigui més eficient, més fiable i més respectuosa amb el medi ambient.
Avui, aprofundim en les noves aplicacions dels làsers a la indústria fotovoltaica.
Tall per làser: tractors làser
El tall per làser és un procés extremadament precís que s'utilitza per tallar hòsties de cèl·lules solars de silici a la mida desitjada. El seu principi principal és que un raig làser enfocat es dirigeix a la superfície del material a tallar. L'energia fotònica és absorbida pel material, donant lloc a un escalfament localitzat del material. Quan l'energia del raig làser és prou alta, pot escalfar la superfície del material a una temperatura suficient per iniciar la fusió o l'evaporació. En el cas dels materials metàl·lics, acostuma a ser la fusió, mentre que en el cas dels materials no metàl·lics, com els plàstics o la fusta, sol ser l'evaporació. Les hòsties de cèl·lules solars solen ser grans hòsties de silici, i el tall per làser permet tallar-les en cèl·lules més petites amb alta precisió per satisfer els requisits de mida dels panells solars. Això no només millora la productivitat i la qualitat de les cèl·lules, sinó que també redueix molt els residus de material i els costos de fabricació. L'alt grau d'enfocament i precisió de control del raig làser fa que el procés de tall sigui més delicat i produeix gairebé zero quantitat de residus. A més, el tall per làser també té una diversitat d'aplicabilitat de material, no només per a hòsties de cèl·lules solars de silici, sinó que també es pot utilitzar per a altres tipus de cèl·lules solars, com ara cèl·lules solars de pel·lícula fina, així com per al tall d'altres materials, de manera que té un alt grau de flexibilitat. L'avantatge d'utilitzar làmina de cèl·lula solar de tall per làser és l'ús de processament sense contacte, sense estrès, de manera que el tall és recte, no danyarà l'estructura de l'hòstia, els paràmetres elèctrics són millors que el mètode de tall mecànic tradicional, tant per millorar el rendiment i reduir els costos, l'amplada de la ranura és petita, d'alta precisió, la potència del làser es pot ajustar, podeu controlar el gruix del tall, per tal d'aconseguir l'aprimament de les cèl·lules solars. La tecnologia de tall per làser es pot aplicar a fulls de bateries de gran àrea per a traçar i tallar, controlant amb precisió la precisió i el gruix del tall, reduint encara més els residus de tall i millorant l'ús de la bateria. A més de l'aplicació de tall a la fulla de la bateria, també hi ha en el vidre fotovoltaic també es pot escriure, el principi és el mateix.
Dopatge làser: equip de dopatge làser
El dopatge làser és una tècnica de processament de materials aplicada generalment als materials semiconductors, especialment el silici, per canviar-ne les propietats elèctriques. El principi de la tècnica és utilitzar un làser d'alta potència per irradiar la superfície del semiconductor i introduir un material de dopatge extern (normalment bor o fòsfor) a la xarxa semiconductora. Aquest procés implica que l'energia del làser escalfa el material semiconductor a una temperatura prou alta perquè el material dopant sigui capaç de penetrar a la xarxa i desplaçar certs àtoms del material semiconductor, alterant així les propietats conductores del material. L'energia làser s'utilitza per impulsar els àtoms de bor per difondre's dins de la hòstia de silici per aconseguir una estructura SE d'emissor selectiu. Dopant fortament la línia de quadrícula metàl·lica a l'àrea de contacte amb l'hòstia de silici i mantenint el dopatge lleuger en altres zones de la part frontal, no només pot formar un bon contacte òhmic entre l'elèctrode i l'emissor, sinó que també reduir la complexació dels oligons. a la superfície de l'emissor (ruta de la tecnologia TOPCon), que pot obtenir un corrent de curtcircuit més alt, una tensió de circuit obert i un factor d'ompliment, i millorar l'eficiència de conversió fotoelèctrica de la cèl·lula solar. Els seus avantatges es troben en 1, alta precisió: el dopatge làser pot aconseguir una precisió i una resolució espacial molt elevades, permetent un control precís del procés de dopatge.2, sense contacte: els mètodes de processament sense contacte no introdueixen danys mecànics ni contaminació per impureses, especialment adequat per a la fabricació de dispositius semiconductors d'alt rendiment.3, processament ràpid: el dopatge làser és un procés d'alta velocitat, que permet processar una gran quantitat de material en un curt període de temps.4, Àmplia aplicabilitat: aquesta tecnologia és aplicable a diferents tipus de materials semiconductors, incloent silici, arsenur de gal·li, arsenur d'indi, etc. A la indústria fotovoltaica, la tecnologia de dopatge làser s'utilitza habitualment en la fabricació de cèl·lules solars per millorar el rendiment de les cèl·lules. Algunes empreses fotovoltaiques i proveïdors de tecnologia líders en el desenvolupament i aplicació de la tecnologia de dopatge làser.
Les empreses estrangeres inclouen: Applied Materials, Amtech Systems, etc.
Les empreses nacionals inclouen: Dier, Dazhou, Shengxiong, etc.
Pel que fa a la modificació del material, a més del dopatge làser, hi ha tecnologia de reparació induïda per làser, tecnologia de recuit induïda per làser, tecnologia de sinterització induïda per làser és una nova tecnologia llançada per Dier Laser Technology el 14 d'agost de 20 23, que pot guanyar un 0,2 per cent de l'eficiència de la bateria.
Impressió per transferència làser
La impressió per transferència de patrons làser (PTP) és un nou tipus de tecnologia d'impressió sense contacte, el principi d'aquesta tecnologia és recobrir la pasta necessària en un material transparent a la llum flexible específic, utilitzant un feix làser d'alta potència amb gràfics d'alta velocitat. escanejant, la pasta es transfereix des del material flexible transparent a la llum a la superfície de la bateria per formar una línia de quadrícula. Mitjançant la tecnologia d'impressió làser sense contacte (PTP) per millorar el procés d'impressió de quadrícula fina de cèl·lules solars d'alta eficiència, es pot superar el límit d'amplada de la línia de serigrafia tradicional, adonar-se fàcilment de l'amplada de la línia de 25um o menys, a les hòsties de cel·les impreses en un relació d'aspecte més gran de línies de quadrícula ultrafines, per ajudar la bateria a aconseguir cèl·lules de quadrícula ultrafines, combinant la tecnologia d'emissor selectiu, per millorar l'eficiència de la cèl·lula solar alhora, un estalvi substancial del consum de pasta del 20 per cent o més i, finalment, reduir el cost de producció de bateries i generació d'energia. El principi de la tecnologia de transferència làser es basa en l'alta densitat d'energia i el control precís del làser. Els seus passos principals inclouen: 1, la preparació de la capa inferior: en el procés de fabricació de cèl·lules solars, la capa inferior sol ser una capa conductora transparent, utilitzada per recollir energia solar i transmissió de corrent elèctric. 2, irradiació làser: l'ús de la irradiació del raig làser a la capa inferior, per moure el focus làser d'una manera controlada amb precisió. L'alta densitat d'energia del làser sinteritza o ratlla selectivament la capa subjacent per formar un patró específic per a la cèl·lula.3. Apilament de capes: diferents capes de cèl·lules, com ara la capa activa i els elèctrodes, es poden apilar a la part superior de la capa de capa subjacent capa per capa mitjançant transferència làser.4. Emmotllament i encapsulació: Finalment, el mòdul de cèl·lules es processa mitjançant passos d'emmotllament i encapsulació per formar la cèl·lula solar final. Els seus avantatges són: 1, alta precisió: la tecnologia de transferència làser pot aconseguir una precisió i resolució molt alta, ajudant a produir cèl·lules solars d'alta eficiència, impressió molt consistent, excel·lent uniformitat, error en 2um, també s'aplica pasta de plata a baixa temperatura (HJT) . 2, sense contacte: aquest és un mètode de processament sense contacte, no danyarà ni contaminarà els components de la bateria, per ajudar a millorar la qualitat de la cèl·lula i, en el futur, el procés de pel·lícula fina és certament nítid. 3, producció ràpida: la impressió per transferència làser és un mètode de processament d'alta velocitat, pot millorar l'eficiència de producció de cèl·lules solars. 4, adaptabilitat multimaterial: aquesta tecnologia es pot aplicar a una varietat de diferents tipus de materials de bateries, inclosos materials orgànics, materials de silici, etc. 5, control de costos: en comparació amb la serigrafia, la impressió per transferència làser de la graella és més fina , es pot fer per sota de 18um estalvi de pasta del 30 per cent, la pasta de plata de doble cara de TOPCON, la pasta de plata a baixa temperatura HJT es deu a la tecnologia de transferència làser per reduir el consum d'un gran nombre de pasta de plata s'ha convertit en una de les tecnologies importants per reduir costos i augmentar l'eficiència.
Perforació làser
El principi de la perforació làser és utilitzar l'alta densitat d'energia del raig làser per escalfar l'àrea local del material a una temperatura prou alta com per evaporar, fondre o vaporitzar el material per formar forats. La clau per a la perforació làser és controlar la densitat d'energia del làser, el temps d'exposició i la posició del focus per assegurar-se que el material es mecanitza amb precisió al forat desitjat. Aquesta precisió i alta densitat d'energia fan que la perforació làser sigui ideal per a moltes aplicacions industrials, inclosa la fabricació de cèl·lules solars a la indústria fotovoltaica. Es poden utilitzar diferents tipus de làsers (per exemple, làsers de CO2, làsers Nd:YAG, làsers de femtosegons, etc.) per a diferents tipus de materials i aplicacions, de manera que cal seleccionar el sistema làser adequat per a la necessitat específica. La perforació làser té una àmplia gamma d'aplicacions en la indústria fotovoltaica, especialment en el procés de fabricació de cèl·lules solars. A continuació es mostren algunes de les principals aplicacions de la perforació làser a la indústria fotovoltaica:
- Processament de cèl·lules: la perforació làser s'utilitza habitualment en el processament de cèl·lules solars. Aquests petits forats es poden utilitzar per millorar l'eficiència d'absorció de llum de la cèl·lula i reduir les pèrdues de reflexió, augmentant així l'eficiència de conversió fotoelèctrica (l'efecte de la llum atrapada). La perforació làser permet un processament precís i eficient de hòsties de silici, hòsties de polisilici i altres materials de cèl·lules solars.
- Connexions de cèl·lules i mòduls: en el procés de muntatge de cèl·lules solars, es necessiten cables per connectar les cèl·lules entre si. La perforació làser es pot utilitzar per crear forats per connectar cables entre cèl·lules per garantir una transferència de corrent fluida entre cèl·lules i reduir la pèrdua d'energia. La perforació làser també s'utilitza per fer forats i punts de connexió per a suports, marcs i altres components en el procés de fabricació de mòduls solars.
- Full de vidre fotovoltaic: com que els mòduls fotovoltaics convencionals només utilitzen vidre fotovoltaic per a la placa de coberta, mentre que els mòduls de doble vidre utilitzen vidre fotovoltaic tant per a la placa de coberta com per a la placa posterior, i el vidre fotovoltaic de la placa posterior s'ha de perforar en un lloc específic per tal de tallar-lo. per portar els cables de corrent del mòdul fotovoltaic a la caixa de connexió. Per tant, la perforació de les làmines posteriors de vidre fotovoltaic s'ha convertit en un procés essencial en la producció de processaments posteriors.
En general, la perforació làser s'utilitza àmpliament a la indústria fotovoltaica per millorar l'eficiència de les cèl·lules solars, reduir els costos de fabricació i millorar la qualitat del producte. Aquestes aplicacions ajuden a promoure el desenvolupament de la tecnologia d'energia solar i a promoure l'ús d'energies renovables. Cal tenir en compte que les aplicacions específiques poden variar segons el procés de fabricació i el material, de manera que l'aplicació real s'ha de basar en la necessitat de seleccionar la tecnologia làser i els paràmetres adequats.
Les anteriors són només algunes de les aplicacions dels processos làser a la indústria fotovoltaica, que, per descomptat, també inclouen laser slotting (XBC), ablació làser (PERC), etc.
Perspectives de futur:
A mesura que la tecnologia làser continua avançant, podem preveure més innovacions que faran avançar encara més la indústria fotovoltaica. És probable que en el futur sorgeixin materials fotovoltaics més eficients, processos de producció més intel·ligents i més aplicacions que utilitzen energia fotovoltaica. Les noves aplicacions de la tecnologia làser a la indústria fotovoltaica no només han augmentat la productivitat, sinó que també han millorat el rendiment i la sostenibilitat dels mòduls. La innovació contínua en aquesta tecnologia continuarà impulsant el desenvolupament de cèl·lules solars i contribuirà a un futur d'energia neta. A més, en la fabricació fotovoltaica, la tecnologia làser no només millora la productivitat, sinó que també redueix la generació de residus, la qual cosa ajuda a minimitzar la càrrega per al medi ambient. A més, la tecnologia de neteja làser no requereix productes químics, estalviant energia i recursos. Tecnologia neta per a una indústria neta: meravellosa.
Finalment, la profunditat de la tecnologia làser es refereix a la comprensió. Les meravelles de la tecnologia làser no es poden escriure prou.
