Od oryginalnych zastosowań laboratoryjnych po dzisiejsze różnorodne dziedziny medycyny, komunikacji, produkcji, badań wojskowych i naukowych, lasery stały się integralną częścią nowoczesnej technologii i nauki. Początki laserów sięgają połowy-20 wieku, a ich rozwój opiera się głównie na pracach teoretycznych Arthura Schawlowa i Charlesa Townesa, a także pracach eksperymentalnych Dextera R. Hanscha (Theodore Maiman). Poniżej znajduje się bardziej szczegółowy opis procesu, w wyniku którego powstał laser:
- Tworzenie podstaw teoretycznych: Na początku XX wieku Albert Einstein zaproponował teorię fotonową, mówiącą, że światło istnieje w postaci dyskretnych cząstek (fotonów). Teoria ta położyła podwaliny pod optykę kwantową, która później zapewniła ważne wsparcie dla teoretycznych podstaw lasera.
- Teoria promieniowania wzbudzonego: W 1951 roku Charles Towns i Arthur Lambert niezależnie zaproponowali teorię promieniowania wzbudzonego, która ujawniła, że gdy atomy lub cząsteczki znajdują się w stanie wzbudzonym, mogą zostać wzbudzone przez foton z atomu, który został już wzbudzony , wytwarzając w ten sposób fotony o tej samej częstotliwości i fazie, co wzbudzony foton. Teoretyczne podstawy tego procesu stały się podstawą działania laserów.
- Teoretyczne sformułowanie laserów: Teoretyczna praca Townsa i Lamberta zapoczątkowała badania nad sposobami realizacji promieniowania wzbudzonego i opracowali koncepcję wzmocnienia światła za pomocą promieniowania wzbudzonego. Ich kluczową koncepcją było stopniowe zwiększanie liczby fotonów poprzez odbijanie ich tam i z powrotem we wnęce optycznej o wysokim współczynniku odbicia, ostatecznie tworząc wysoce skupioną wiązkę światła, czyli laser.
- Eksperymentalna weryfikacja laserów 1: W 1958 roku amerykańskiemu fizykowi Dexterowi R. Hanschowi udało się zbudować pierwszy działający laser. Aby uzyskać wzbudzone promieniowanie, użył syntetycznego ośrodka wzbudzającego, zwykle mieszaniny azotu i neonu. Laser ten wytwarzał kontrolowaną, wysoce skupioną wiązkę światła, co oznaczało oficjalne narodziny technologii laserowej.
Minęły 63 lata od lipca 1960, kiedy Meyman w Hughes Research Laboratories w Stanach Zjednoczonych z sukcesem wyprodukował pierwszy na świecie działający laser rubinowy o długości fali 0,6943 mikrona. Szereg cech, takich jak wysoki stopień skupienia lasera, dobra monochromatyczność, wysoka gęstość energii, propagacja na duże odległości, brak kontaktu i tak dalej, sprawia, że jest on szeroko stosowany. Laser często nazywany jest „gwiazdą jutra XXI wieku”, „jedną z najważniejszych technologii XXI wieku”, „najdokładniejszą linijką, najszybszym nożem”. Tego rodzaju nazwa odzwierciedla także ważną pozycję i szerokie zastosowanie technologii laserowej we współczesnym społeczeństwie oraz nauce i technologii. Technologia laserowa odgrywa kluczową rolę w wielu dziedzinach, takich jak komunikacja, leczenie, produkcja, badania naukowe, wojsko, monitorowanie środowiska itp. i dlatego jest uważana za jedną z najbardziej obiecujących i wpływowych technologii XXI wieku. Szczególnie w branży fotowoltaicznej technologia laserowa zaowocowała szeregiem innowacji, dzięki którym produkcja ogniw słonecznych jest bardziej wydajna, niezawodna i bardziej przyjazna dla środowiska.
Dziś zagłębimy się w zupełnie nowe zastosowania laserów w branży fotowoltaicznej.
Cięcie laserowe: trasery laserowe
Cięcie laserowe to niezwykle precyzyjny proces, który służy do cięcia krzemowych płytek ogniw słonecznych do pożądanego rozmiaru. Jej główną zasadą jest to, że skupiona wiązka lasera jest kierowana na powierzchnię ciętego materiału. Energia fotonów jest pochłaniana przez materiał, co powoduje miejscowe nagrzewanie materiału. Kiedy energia wiązki lasera jest wystarczająco wysoka, może ona podgrzać powierzchnię materiału do temperatury wystarczającej do zainicjowania topnienia lub odparowania. W przypadku materiałów metalicznych jest to zwykle topienie, natomiast w przypadku materiałów niemetalowych, takich jak tworzywa sztuczne czy drewno, jest to zwykle parowanie. Płytki ogniw słonecznych to zazwyczaj duże płytki krzemowe, a cięcie laserowe pozwala na pocięcie ich na mniejsze ogniwa z dużą precyzją, aby spełnić wymagania dotyczące wielkości paneli słonecznych. To nie tylko poprawia produktywność i jakość ogniw, ale także znacznie zmniejsza ilość odpadów materiałowych i koszty produkcji. Wysoki stopień skupienia i precyzja sterowania wiązką lasera sprawia, że proces cięcia jest delikatniejszy i wytwarza niemal zerową ilość odpadów. Ponadto cięcie laserowe ma również różnorodne zastosowanie materiałowe, nie tylko w przypadku krzemowych płytek ogniw słonecznych, ale może być również stosowane w przypadku innych typów ogniw słonecznych, takich jak cienkowarstwowe ogniwa słoneczne, a także cięcia innych materiałów, dzięki czemu ma wysoki stopień elastyczności. Zaletą stosowania blachy ogniw słonecznych wycinanych laserowo jest zastosowanie obróbki bezkontaktowej, brak naprężeń, dzięki czemu krawędź tnąca jest prosta, nie uszkodzi struktury płytki, parametry elektryczne są lepsze niż w przypadku tradycyjnej metody cięcia mechanicznego, zarówno aby poprawić wydajność i obniżyć koszty, szerokość szczeliny jest mała, wysoka precyzja, moc lasera można regulować, można kontrolować grubość cięcia, aby uzyskać przerzedzenie ogniw słonecznych. Technologię cięcia laserowego można zastosować do wielkopowierzchniowych arkuszy akumulatorów w celu trasowania i cięcia, precyzyjnie kontrolując dokładność i grubość cięcia, co dodatkowo zmniejsza ilość pozostałości po cięciu i poprawia wykorzystanie akumulatora. Oprócz zastosowania cięcia na arkuszu akumulatora, na szkle fotowoltaicznym można również rysować, zasada jest taka sama.
Doping laserowy: sprzęt do dopingu laserowego
Domieszkowanie laserowe to technika obróbki materiałów zwykle stosowana w przypadku materiałów półprzewodnikowych, zwłaszcza krzemu, w celu zmiany ich właściwości elektrycznych. Zasada tej techniki polega na użyciu lasera o dużej mocy do napromieniowania powierzchni półprzewodnika i wprowadzeniu zewnętrznego materiału domieszkującego (zwykle boru lub fosforu) do sieci półprzewodnika. Proces ten polega na tym, że energia lasera podgrzewa materiał półprzewodnikowy do wystarczająco wysokiej temperatury, aby materiał domieszki mógł przeniknąć przez siatkę i wyprzeć pewne atomy materiału półprzewodnikowego, zmieniając w ten sposób właściwości przewodzące materiału. Energia lasera jest wykorzystywana do napędzania atomów boru w celu dyfuzji w płytce krzemowej w celu uzyskania struktury SE z selektywnym emiterem. Silnie domieszkując linię siatki metalowej w obszarze styku z płytką krzemową i utrzymując lekkie domieszkowanie w innych obszarach przedniej strony, można nie tylko utworzyć dobry kontakt omowy pomiędzy elektrodą a emiterem, ale także zmniejszyć kompleksowanie oligonu na powierzchni emitera (trasa technologii TOPCon), która może uzyskać wyższy prąd zwarciowy, napięcie w obwodzie otwartym i współczynnik wypełnienia, a także poprawić wydajność konwersji fotoelektrycznej ogniwa słonecznego. Jego zalety to 1, wysoka precyzja: domieszkowanie laserowe umożliwia osiągnięcie bardzo dużej dokładności domieszkowania i rozdzielczości przestrzennej, umożliwiając precyzyjną kontrolę procesu domieszkowania. 2, bezkontaktowe: bezkontaktowe metody obróbki nie powodują uszkodzeń mechanicznych ani zanieczyszczeń, szczególnie nadaje się do produkcji wysokowydajnych urządzeń półprzewodnikowych.3, szybkie przetwarzanie: domieszkowanie laserowe to szybki proces, który pozwala na obróbkę dużej ilości materiału w krótkim czasie.4, Szerokie zastosowanie: technologia ta jest ma zastosowanie do różnych typów materiałów półprzewodnikowych, w tym krzemu, arsenku galu, arsenku galu, arsenku indu itp. W przemyśle fotowoltaicznym technologia domieszkowania laserowego jest powszechnie stosowana w produkcji ogniw słonecznych w celu poprawy wydajności ogniw. Niektóre wiodące firmy fotowoltaiczne i dostawcy technologii w zakresie opracowywania i stosowania technologii domieszkowania laserowego.
Do firm zagranicznych należą: Applied Materials, Amtech Systems itp.
Do firm krajowych należą: Dier, Dazhou, Shengxiong itp.
Jeśli chodzi o modyfikację materiałów, oprócz domieszkowania laserowego, istnieje technologia naprawy indukowanej laserem, technologia wyżarzania indukowanego laserem, technologia spiekania indukowanego laserem to nowa technologia opublikowana przez Dier Laser Technology 14 sierpnia 20 23, który może zyskać 0,2 procent wydajności baterii.
Laserowy druk transferowy
Laserowy druk transferowy (PTP) to nowy rodzaj technologii druku bezkontaktowego, zasada tej technologii polega na nałożeniu wymaganej pasty na konkretny, elastyczny, światłoprzezroczysty materiał, za pomocą wiązki lasera o dużej mocy z szybką grafiką Podczas skanowania pasta jest przenoszona z elastycznego materiału przepuszczającego światło na powierzchnię akumulatora, tworząc linię siatki. Dzięki bezkontaktowej technologii druku laserowego (PTP) w celu ulepszenia wysokowydajnego procesu drukowania drobnej siatki w ogniwach słonecznych, można przełamać tradycyjny limit szerokości linii sitodruku, z łatwością zrealizować szerokość linii 25um lub mniejszą w waflach komórkowych drukowanych na papierze większy współczynnik proporcji ultracienkich linii siatki, aby pomóc akumulatorowi uzyskać ultracienkie ogniwa siatki, dopasowując technologię selektywnego emitera, aby jednocześnie zwiększyć wydajność ogniwa słonecznego, znaczne oszczędności w zużyciu pasty o 20 procent lub więcej i ostatecznie obniżyć koszty produkcji akumulatorów i wytwarzania energii. Zasada technologii transferu laserowego opiera się na wysokiej gęstości energii i precyzyjnej kontroli lasera. Jego główne etapy obejmują: 1, przygotowanie dolnej warstwy: w procesie produkcji ogniw słonecznych dolna warstwa jest zwykle przezroczystą warstwą przewodzącą, służącą do gromadzenia energii słonecznej i przesyłania prądu elektrycznego. 2, napromieniowanie laserowe: zastosowanie napromieniowania wiązką laserową na dolnej warstwie, aby przenieść skupienie lasera w precyzyjnie kontrolowany sposób. Wysoka gęstość energii lasera selektywnie spieka lub zarysowuje leżącą pod spodem warstwę, tworząc specyficzny wzór dla ogniwa.3. Układanie warstw: Różne warstwy komórek, takie jak warstwa aktywna i elektrody, można układać warstwowo na wierzchu warstwy podstawowej, warstwa po warstwie, za pomocą transferu laserowego.4. Formowanie i kapsułkowanie: Na koniec moduł ogniwa jest poddawany procesowi formowania i kapsułkowania w celu utworzenia końcowego ogniwa słonecznego. Jego zalety to: 1, wysoka precyzja: technologia transferu laserowego może osiągnąć bardzo wysoką precyzję i rozdzielczość, pomagając w produkcji ogniw słonecznych o wysokiej wydajności, drukowanie bardzo spójne, doskonała jednorodność, błąd w 2um, zastosowanie ma również niskotemperaturowa pasta srebrna (HJT) . 2, bezdotykowe: jest to bezkontaktowa metoda przetwarzania, która nie uszkodzi ani nie zanieczyści elementów baterii, co pomoże poprawić jakość ogniwa, a przyszły proces cienkiej folii będzie z pewnością ostry. 3, szybka produkcja: laserowy druk transferowy to metoda szybkiego przetwarzania, która może poprawić wydajność produkcji ogniw słonecznych. 4, możliwość dostosowania do wielu materiałów: tę technologię można zastosować do różnych rodzajów materiałów akumulatorowych, w tym materiałów organicznych, materiałów silikonowych itp. 5, kontrola kosztów: w porównaniu z sitodrukiem, laserowy druk transferowy siatki jest dokładniejszy , można wykonać poniżej 18um Oszczędność pasty o 30 procent, dwustronna srebrna pasta TOPCON, niskotemperaturowa srebrna pasta HJT będzie wynikać z technologii transferu laserowego w celu zmniejszenia zużycia dużej ilości srebrnej pasty, która stała się jedną z ważnych technologii w celu obniżenia kosztów i zwiększenia wydajności.
Perforacja laserowa
Zasada perforacji laserowej polega na wykorzystaniu wysokiej gęstości energii wiązki laserowej do podgrzania lokalnego obszaru materiału do wystarczająco wysokiej temperatury, aby odparować, stopić lub odparować materiał, tworząc dziury. Kluczem do perforacji laserowej jest kontrolowanie gęstości energii lasera, czasu ekspozycji i położenia ogniska, aby zapewnić precyzyjną obróbkę materiału w pożądanym otworze. Ta precyzja i wysoka gęstość energii sprawiają, że wiercenie laserowe idealnie nadaje się do wielu zastosowań przemysłowych, w tym do produkcji ogniw słonecznych w przemyśle fotowoltaicznym. Różne typy laserów (np. lasery CO2, lasery Nd:YAG, lasery femtosekundowe itp.) mogą być stosowane do różnych typów materiałów i zastosowań, dlatego należy dobrać odpowiedni system laserowy do konkretnych potrzeb. Perforacja laserowa ma szerokie zastosowanie w branży fotowoltaicznej, szczególnie w procesie produkcji ogniw słonecznych. Poniżej przedstawiono niektóre z głównych zastosowań perforacji laserowej w przemyśle fotowoltaicznym:
- Obróbka ogniw: Perforacja laserowa jest powszechnie stosowana w obróbce ogniw słonecznych. Te małe otwory można wykorzystać do poprawy efektywności absorpcji światła przez ogniwo i zmniejszenia strat odbicia, zwiększając w ten sposób efektywność konwersji fotoelektrycznej (efekt uwięzionego światła). Perforacja laserowa umożliwia precyzyjną i wydajną obróbkę płytek krzemowych, płytek polikrzemowych i innych materiałów na ogniwa słoneczne.
- Połączenia ogniw i modułów: W procesie montażu ogniw słonecznych potrzebne są przewody, aby połączyć ogniwa ze sobą. Perforację laserową można wykorzystać do wykonania otworów do łączenia przewodów pomiędzy ogniwami, aby zapewnić płynny przepływ prądu pomiędzy ogniwami i ograniczyć straty energii. Perforację laserową wykorzystuje się także do wykonywania otworów i punktów łączenia wsporników, ram i innych elementów w procesie produkcyjnym modułów fotowoltaicznych.
- Tylna ścianka ze szkła fotowoltaicznego: Ponieważ w konwencjonalnych modułach fotowoltaicznych zastosowano wyłącznie szkło fotowoltaiczne w płycie pokrywy, podczas gdy w modułach z podwójną szybą zastosowano szkło fotowoltaiczne zarówno w płycie pokrywy, jak i płycie tylnej, a szkło fotowoltaiczne w płycie tylnej musi być dziurkowane w określonym miejscu, aby do doprowadzenia przewodów prądowych z modułu fotowoltaicznego do puszki przyłączeniowej. Dlatego perforacja tylnych arkuszy szkła fotowoltaicznego stała się niezbędnym procesem w produkcji do dalszego przetwarzania.
Ogólnie rzecz biorąc, perforacja laserowa jest szeroko stosowana w przemyśle fotowoltaicznym w celu poprawy wydajności ogniw słonecznych, obniżenia kosztów produkcji i poprawy jakości produktu. Aplikacje te pomagają promować rozwój technologii energii słonecznej i promować wykorzystanie energii odnawialnej. Należy zaznaczyć, że konkretne zastosowania mogą się różnić w zależności od procesu produkcyjnego i materiału, dlatego też faktyczne zastosowanie musi opierać się na potrzebie doboru odpowiedniej technologii i parametrów lasera.
Powyższe to tylko niektóre zastosowania procesów laserowych w przemyśle fotowoltaicznym, które oczywiście obejmują również wycinanie laserowe (XBC), ablację laserową (PERC) i tak dalej.
Perspektywy na przyszłość:
W miarę ciągłego rozwoju technologii laserowej możemy przewidzieć więcej innowacji, które przyczynią się do dalszego rozwoju branży fotowoltaicznej. W przyszłości prawdopodobnie pojawią się bardziej wydajne materiały fotowoltaiczne, inteligentniejsze procesy produkcyjne i więcej zastosowań wykorzystujących energię fotowoltaiczną. Nowe zastosowania technologii laserowej w branży fotowoltaicznej nie tylko zwiększyły produktywność, ale także poprawiły wydajność modułów i zrównoważony rozwój. Ciągłe innowacje w tej technologii będą w dalszym ciągu napędzać rozwój ogniw słonecznych i przyczyniać się do przyszłości czystej energii. Dodatkowo w produkcji fotowoltaicznej technologia laserowa nie tylko poprawia produktywność, ale także zmniejsza wytwarzanie odpadów, co pomaga zminimalizować obciążenie środowiska. Ponadto technologia czyszczenia laserowego nie wymaga środków chemicznych, oszczędzając energię i zasoby. Czysta technologia dla czystego przemysłu – cudownie.
Wreszcie, głębia technologii laserowej polega na zrozumieniu. Nie można wystarczająco opisać cudów technologii laserowej.
