Od pôvodných laboratórnych aplikácií až po dnešné rôznorodé oblasti medicíny, komunikácie, výroby, vojenského a vedeckého výskumu sa lasery stali neoddeliteľnou súčasťou moderných technológií a vedy. Počiatky laserov možno vystopovať do polovice{0}}storočia, z veľkej časti poháňané teoretickou prácou Arthura Schawlowa a Charlesa Townesa spolu s experimentálnou prácou Dextera R. Hanscha (Theodore Maiman). Nasleduje podrobnejší popis procesu, ktorým laser vznikol:
- Položenie teoretických základov: Na začiatku 20. storočia Albert Einstein navrhol fotónovú teóriu, že svetlo existuje vo forme diskrétnych častíc (fotónov). Táto teória položila základy kvantovej optiky, ktorá neskôr poskytla dôležitú podporu pre teoretický základ lasera.
- Teória excitovaného žiarenia: V roku 1951 Charles Towns a Arthur Lambert nezávisle navrhli teóriu excitovaného žiarenia, ktorá odhalila, že keď sú atómy alebo molekuly v excitovanom stave, môžu byť excitované fotónom z atómu, ktorý už bol excitovaný. , čím vznikajú fotóny s rovnakou frekvenciou a fázou ako excitovaný fotón. Teoretický základ tohto procesu sa stal jadrom fungovania laserov.
- Teoretická formulácia laserov: Teoretická práca Townsa a Lamberta podnietila štúdium toho, ako realizovať excitované žiarenie, a vyvinuli koncept zosilnenia svetla pomocou excitovaného žiarenia. Ich kľúčovou myšlienkou bolo postupné zvyšovanie počtu fotónov ich odrazom tam a späť v optickej dutine s vysokou odrazivosťou, prípadne vytvorením vysoko zaostreného lúča svetla, lasera.
- Experimentálne overovanie laserov 1: V roku 1958 sa americkému fyzikovi Dexterovi R. Hanschovi podarilo zostrojiť prvý funkčný laser. Na dosiahnutie excitovaného žiarenia použil syntetické excitačné médium, zvyčajne zmes dusíka a neónu. Tento laser produkoval riadený, vysoko zaostrený lúč svetla, ktorý znamenal oficiálny zrod laserovej technológie.
Uplynulo 63 rokov od júla 1960, keď Meyman v Hughes Research Laboratories v Spojených štátoch úspešne vyrobil prvý funkčný rubínový laser na svete s vlnovou dĺžkou 0,6943 mikrónov. Široko používaný je rad charakteristík, ako je vysoký stupeň zaostrenia lasera, dobrá monochromatickosť, vysoká hustota energie, šírenie na veľké vzdialenosti, bezkontaktnosť atď. Laser je často označovaný ako „hviezda zajtrajška v 21. storočí“, „jedna z dôležitých technológií 21. storočia“, „najpresnejšie pravítko, najrýchlejší nôž“. Tento druh názvu zároveň odráža dôležité postavenie a široké uplatnenie laserovej techniky v súčasnej spoločnosti a vede a technike. Laserová technológia hrá kľúčovú úlohu v mnohých oblastiach, ako je komunikácia, lekárske ošetrenie, výroba, vedecký výskum, armáda, monitorovanie životného prostredia atď., a preto sa považuje za jednu z najsľubnejších a najvplyvnejších technológií 21. storočia. Najmä vo fotovoltaickom priemysle prináša laserová technológia sériu inovácií, vďaka ktorým je výroba solárnych článkov efektívnejšia, spoľahlivejšia a šetrnejšia k životnému prostrediu.
Dnes sa poďme ponoriť do úplne nových aplikácií laserov vo fotovoltaickom priemysle.
Laserové rezanie: Laserové ryhy
Laserové rezanie je mimoriadne presný proces, ktorý sa používa na rezanie kremíkových plátkov solárnych článkov na požadovanú veľkosť. Jeho hlavným princípom je, že zaostrený laserový lúč je nasmerovaný na povrch rezaného materiálu. Energia fotónu je absorbovaná materiálom, čo vedie k lokálnemu zahrievaniu materiálu. Keď je energia laserového lúča dostatočne vysoká, môže zahriať povrch materiálu na teplotu dostatočnú na spustenie tavenia alebo vyparovania. V prípade kovových materiálov je to zvyčajne tavenie, zatiaľ čo v prípade nekovových materiálov, ako sú plasty alebo drevo, je to zvyčajne odparovanie. Oblátky solárnych článkov sú zvyčajne veľké kremíkové doštičky a rezanie laserom umožňuje ich rezanie na menšie články s vysokou presnosťou, aby vyhovovali požiadavkám na veľkosť solárnych panelov. To nielen zlepšuje produktivitu a kvalitu buniek, ale tiež výrazne znižuje plytvanie materiálom a výrobné náklady. Vysoký stupeň zaostrenia a presnosti riadenia laserového lúča robí proces rezania jemnejším a produkuje takmer nulové množstvo odpadu. Okrem toho má laserové rezanie tiež rozmanitosť materiálov, a to nielen pre doštičky kremíkových solárnych článkov, ale môže sa použiť aj pre iné typy solárnych článkov, ako sú tenkovrstvové solárne články, ako aj rezanie iných materiálov, takže má vysoký stupeň flexibility. Výhodou použitia plechu solárnych článkov na rezanie laserom je použitie bezkontaktného spracovania, žiadne napätie, takže rezná hrana je rovná, nepoškodí štruktúru plátku, elektrické parametre sú lepšie ako pri tradičnej mechanickej metóde rezania, oboje na zlepšenie výnosu a zníženie nákladov je šírka štrbiny malá, vysoká presnosť, výkon lasera je možné nastaviť, môžete ovládať hrúbku rezu, aby ste dosiahli stenčenie solárnych článkov. Technológiu rezania laserom je možné aplikovať na veľkoplošné batériové listy na ryhovanie a rezanie, precízne riadenie presnosti a hrúbky rezu, čím sa ďalej znižuje rezanie a zlepšuje sa využitie batérie. Okrem aplikácie rezania na plechu batérie, tam sú tiež vo fotovoltaických skla môže byť tiež písaný, princíp je rovnaký.
Laserový doping: laserové dopingové zariadenie
Laserové dopovanie je technika spracovania materiálov, ktorá sa zvyčajne používa na polovodičové materiály, najmä kremík, na zmenu ich elektrických vlastností. Princípom techniky je použitie vysokovýkonného lasera na ožiarenie povrchu polovodiča a zavedenie externého dopingového materiálu (zvyčajne bóru alebo fosforu) do polovodičovej mriežky. Tento proces zahŕňa energiu lasera ohrievajúceho polovodičový materiál na dostatočne vysokú teplotu, aby bol dopujúci materiál schopný preniknúť cez mriežku a vytlačiť určité atómy polovodičového materiálu, čím sa zmenili vodivé vlastnosti materiálu. Energia lasera sa využíva na poháňanie atómov bóru, aby difundovali v kremíkovej doštičke, aby sa dosiahla selektívna štruktúra žiariča SE. Silným dotovaním línie kovovej mriežky v kontaktnej oblasti s kremíkovým plátkom a udržiavaním ľahkého dopovania v iných oblastiach na prednej strane môže nielen vytvoriť dobrý ohmický kontakt medzi elektródou a žiaričom, ale aj znížiť tvorbu komplexov oligoónov. na povrchu žiariča (trasa technológie TOPCon), ktorá môže získať vyšší skratový prúd, napätie naprázdno a faktor plnenia a zlepšiť účinnosť fotoelektrickej konverzie solárneho článku. Jeho výhody spočívajú v 1, vysoká presnosť: laserovým dopingom je možné dosiahnuť veľmi vysokú presnosť dopingu a priestorové rozlíšenie, čo umožňuje presnú kontrolu procesu dopovania.2, bezkontaktné: bezkontaktné metódy spracovania nezavádzajú mechanické poškodenie alebo kontamináciu nečistotami, najmä vhodné na výrobu vysokovýkonných polovodičových súčiastok.3, rýchle spracovanie: laserové dopovanie je vysokorýchlostný proces, ktorý umožňuje spracovať veľké množstvo materiálu v krátkom čase.4, Široká použiteľnosť: Táto technológia je použiteľné na rôzne typy polovodičových materiálov vrátane kremíka, arzenidu gália a gália, arzenidu india atď.. Vo fotovoltaickom priemysle sa pri výrobe solárnych článkov bežne používa technológia laserového dopingu na zlepšenie výkonu článkov. Niektoré popredné fotovoltaické spoločnosti a poskytovatelia technológií vo vývoji a aplikácii technológie laserového dopingu.
Medzi zámorské spoločnosti patria: Applied Materials, Amtech Systems atď.
Medzi domáce spoločnosti patria: Dier, Dazhou, Shengxiong atď.
Pokiaľ ide o úpravu materiálu, okrem dopovania laserom existuje technológia opráv laserom, technológia žíhania vyvolaného laserom, technológia laserom indukovaného spekania je nová technológia vydaná spoločnosťou Dier Laser Technology 14. augusta 20 23, čo môže získať 0,2 percenta účinnosti batérie.
Laserová prenosová tlač
Laser Pattern Transfer Printing (PTP) je nový typ technológie bezkontaktnej tlače, princípom tejto technológie je nanesenie požadovanej pasty na špecifický flexibilný svetlo-priehľadný materiál pomocou vysokovýkonného laserového lúča s vysokorýchlostnou grafikou. pri skenovaní sa pasta prenesie z pružného svetlo priehľadného materiálu na povrch batérie a vytvorí sa mriežka. Prostredníctvom technológie bezkontaktnej laserovej tlače (PTP) na zlepšenie vysokoúčinného procesu jemnej mriežkovej tlače solárnych článkov môže prelomiť tradičný limit šírky čiary sieťotlače, ľahko realizovať šírku čiary 25 um alebo menej v doštičkách buniek vytlačených na väčší pomer strán ultrajemných mriežkových línií, ktorý pomáha batérii dosiahnuť ultrajemné mriežkové články, zodpovedajúca technológia selektívneho emitora, súčasne zvyšuje účinnosť solárneho článku, podstatná úspora spotreby pasty 20 percent alebo viac a v konečnom dôsledku znížiť náklady na výrobu batérií a výrobu energie. Princíp technológie laserového prenosu je založený na vysokej hustote energie a presnom riadení lasera. Medzi jeho hlavné kroky patrí: 1, príprava spodnej vrstvy: pri výrobnom procese solárnych článkov je spodná vrstva zvyčajne priehľadná vodivá vrstva, ktorá sa používa na zber slnečnej energie a prenos elektrického prúdu. 2, laserové ožarovanie: použitie ožarovania laserovým lúčom na spodnej vrstve, aby sa zaostrenie lasera pohybovalo presne kontrolovaným spôsobom. Vysoká hustota energie lasera selektívne speká alebo poškriabe podkladovú vrstvu, aby vytvoril špecifický vzor pre bunku.3. Skladanie vrstiev: Rôzne bunkové vrstvy, ako je aktívna vrstva a elektródy, môžu byť navrstvené na vrstvu pod vrstvou vrstvu po vrstve laserovým prenosom.4. Lisovanie a zapuzdrenie: Nakoniec sa modul článku spracuje krokmi lisovania a zapuzdrenia, aby sa vytvoril konečný solárny článok. Jeho výhody sú: 1, vysoká presnosť: technológia laserového prenosu môže dosiahnuť veľmi vysokú presnosť a rozlíšenie, pomáha vyrábať vysokoúčinné solárne články, vysoko konzistentná tlač, vynikajúca jednotnosť, chyba v 2um, je možné použiť aj nízkoteplotnú striebornú pastu (HJT) . 2, bezkontaktné: ide o bezkontaktnú metódu spracovania, nepoškodí ani neznečistí komponenty batérie, čo pomôže zlepšiť kvalitu článku a budúci proces tenkého filmu je určite ostrý. 3, rýchla výroba: laserová prenosová tlač je vysokorýchlostná metóda spracovania, môže zlepšiť efektivitu výroby solárnych článkov. 4, multi-materiálová prispôsobivosť: túto technológiu možno použiť na rôzne typy materiálov batérií vrátane organických materiálov, silikónových materiálov atď. 5, kontrola nákladov: v porovnaní so sieťotlačou je laserová prenosová tlač mriežky jemnejšia , možno vykonať pod 18um Úspora pasty 30 percent, obojstranná strieborná pasta TOPCON, nízkoteplotná strieborná pasta HJT sa vďaka technológii laserového prenosu zníži spotrebu veľkého množstva striebornej pasty sa stala jednou z dôležitých technológií znížiť náklady a zvýšiť efektivitu.
Laserová perforácia
Princíp laserovej perforácie spočíva vo využití vysokej hustoty energie laserového lúča na zahriatie lokálnej oblasti materiálu na dostatočne vysokú teplotu, aby sa materiál vyparil, roztavil alebo vyparil na vytvorenie otvorov. Kľúčom k laserovej perforácii je kontrola hustoty energie lasera, času expozície a polohy zaostrenia, aby sa zabezpečilo, že materiál bude presne opracovaný do požadovaného otvoru. Vďaka tejto presnosti a vysokej hustote energie je laserové vŕtanie ideálne pre mnohé priemyselné aplikácie, vrátane výroby solárnych článkov vo fotovoltaickom priemysle. Rôzne typy laserov (napr. CO2 lasery, Nd:YAG lasery, femtosekundové lasery atď.) môžu byť použité pre rôzne typy materiálov a aplikácií, preto je potrebné zvoliť vhodný laserový systém pre konkrétnu potrebu. Laserová perforácia má široké uplatnenie vo fotovoltaickom priemysle, najmä v procese výroby solárnych článkov. Nasledujú niektoré z hlavných aplikácií laserovej perforácie vo fotovoltaickom priemysle:
- Spracovanie článkov: Laserová perforácia sa bežne používa pri spracovaní solárnych článkov. Tieto malé otvory možno použiť na zlepšenie účinnosti absorpcie svetla článku a zníženie strát odrazom, čím sa zvýši účinnosť fotoelektrickej konverzie (efekt zachyteného svetla). Laserová perforácia umožňuje presné a efektívne spracovanie kremíkových plátkov, polysilikónových plátkov a iných materiálov solárnych článkov.
- Pripojenie článkov a modulov: V procese montáže solárnych článkov sú potrebné drôty na vzájomné prepojenie článkov. Laserová perforácia môže byť použitá na vytvorenie otvorov pre spojovacie vodiče medzi článkami, aby sa zabezpečil hladký prenos prúdu medzi článkami a znížili sa straty energie. Laserová perforácia sa tiež používa na vytváranie otvorov a spojovacích bodov pre konzoly, rámy a ďalšie komponenty vo výrobnom procese solárnych modulov.
- Zadná vrstva fotovoltaického skla: Pretože bežné fotovoltaické moduly používajú iba fotovoltaické sklo na kryciu dosku, zatiaľ čo moduly s dvojitým sklom používajú fotovoltaické sklo ako kryciu dosku, tak aj zadnú dosku, a fotovoltaické sklo zadnej dosky musí byť vyrazené na konkrétnom mieste v poradí na privedenie prúdových vodičov z fotovoltaického modulu do rozvodnej skrinky. Preto sa perforácia spodných fólií PV skla stala nevyhnutným procesom pri výrobe ďalšieho spracovania.
Celkovo je laserová perforácia široko používaná vo fotovoltaickom priemysle na zlepšenie účinnosti solárnych článkov, zníženie výrobných nákladov a zlepšenie kvality produktov. Tieto aplikácie pomáhajú podporovať rozvoj technológie solárnej energie a podporujú využívanie obnoviteľnej energie. Je potrebné poznamenať, že konkrétne aplikácie sa môžu líšiť v závislosti od výrobného procesu a materiálu, takže skutočná aplikácia musí vychádzať z potreby výberu vhodnej laserovej technológie a parametrov.
Vyššie uvedené sú len niektoré z aplikácií laserových procesov vo fotovoltaickom priemysle, ktoré samozrejme zahŕňajú aj laserové drážkovanie (XBC), laserovú abláciu (PERC) a pod.
Vyhliadky do budúcnosti:
Keďže laserová technológia neustále napreduje, môžeme predvídať ďalšie inovácie, ktoré budú ďalej napredovať vo fotovoltaickom priemysle. V budúcnosti sa pravdepodobne objavia efektívnejšie fotovoltaické materiály, inteligentnejšie výrobné procesy a viac aplikácií využívajúcich fotovoltaickú energiu. Nové aplikácie laserovej technológie vo fotovoltaickom priemysle nielen zvýšili produktivitu, ale aj zlepšili výkon a udržateľnosť modulov. Pokračujúce inovácie v tejto technológii budú aj naďalej poháňať vývoj solárnych článkov a prispejú k čistejšej energetickej budúcnosti. Okrem toho vo fotovoltaickej výrobe laserová technológia nielen zlepšuje produktivitu, ale tiež znižuje tvorbu odpadu, čo pomáha minimalizovať zaťaženie životného prostredia. Technológia laserového čistenia navyše nevyžaduje chemikálie, čím šetrí energiu a zdroje. Čistá technológia pre čistý priemysel – úžasné.
Napokon, hĺbka laserovej technológie je predovšetkým o pochopení. Zázraky laserovej technológie nemožno dostatočne napísať.
