Desde sus aplicaciones de laboratorio originales hasta los diversos campos actuales de la medicina, las comunicaciones, la fabricación, la investigación militar y científica, los láseres se han convertido en una parte integral de la tecnología y la ciencia modernas. Los orígenes de los láseres se remontan a mediados del -20siglo XX, impulsados en gran medida por el trabajo teórico de Arthur Schawlow y Charles Townes, junto con el trabajo experimental de Dexter R. Hansch (Theodore Maiman). La siguiente es una descripción más detallada del proceso por el cual se originó el láser:
- Sentación de fundamentos teóricos: A principios del siglo XX, Albert Einstein propuso la teoría fotónica de que la luz existe en forma de partículas discretas (fotones). Esta teoría sentó las bases de la óptica cuántica, que posteriormente proporcionó un importante apoyo a la base teórica del láser.
- La teoría de la radiación excitada: En 1951, Charles Towns y Arthur Lambert propusieron de forma independiente la teoría de la radiación excitada, que reveló que cuando los átomos o moléculas están en un estado excitado, pueden ser excitados por un fotón de un átomo que ya ha sido excitado. , produciendo así fotones con la misma frecuencia y fase que el fotón excitado. La base teórica de este proceso se convirtió en el núcleo del funcionamiento del láser.
- Formulación teórica de los láseres: El trabajo teórico de Towns y Lambert desencadenó el estudio de cómo generar radiación excitada y desarrollaron el concepto de amplificación de la luz utilizando radiación excitada. Su idea clave era aumentar gradualmente el número de fotones reflejándolos hacia adelante y hacia atrás en una cavidad óptica con alta reflectividad, formando finalmente un haz de luz altamente enfocado, el láser.
- Verificación experimental de láseres 1: En 1958, el físico estadounidense Dexter R. Hansch logró construir el primer láser funcional. Usó un medio de excitación sintético, generalmente una mezcla de nitrógeno y neón, para lograr radiación excitada. Este láser produjo un haz de luz controlado y altamente enfocado, lo que marcó el nacimiento oficial de la tecnología láser.
Han pasado 63 años desde julio de 1960, cuando Meyman fabricó con éxito el primer láser de rubí operable del mundo con una longitud de onda de 0,6943 micrones en los Laboratorios de Investigación Hughes de Estados Unidos. Una serie de características como el alto grado de enfoque del láser, buena monocromaticidad, alta densidad de energía, propagación a larga distancia, sin contacto, etc., lo hacen ampliamente utilizado. A menudo se hace referencia al láser como "la estrella del mañana en el siglo XXI", "una de las tecnologías importantes del siglo XXI", "la regla más precisa, el cuchillo más rápido". Este tipo de nombre también refleja la importante posición y la amplia aplicación de la tecnología láser en la sociedad, la ciencia y la tecnología contemporáneas. La tecnología láser desempeña un papel clave en muchos campos, como la comunicación, el tratamiento médico, la fabricación, la investigación científica, el ejército, la vigilancia medioambiental, etc. y, por tanto, se considera una de las tecnologías más prometedoras e influyentes del siglo XXI. Particularmente en la industria fotovoltaica, la tecnología láser está generando una serie de innovaciones que están haciendo que la fabricación de células solares sea más eficiente, más confiable y más respetuosa con el medio ambiente.
Hoy profundicemos en las nuevas aplicaciones de los láseres en la industria fotovoltaica.
Corte por láser: trazadores láser
El corte por láser es un proceso extremadamente preciso que se utiliza para cortar obleas de células solares de silicio al tamaño deseado. Su principio fundamental es que se dirige un rayo láser enfocado sobre la superficie del material a cortar. La energía del fotón es absorbida por el material, lo que produce un calentamiento localizado del material. Cuando la energía del rayo láser es lo suficientemente alta, puede calentar la superficie del material a una temperatura suficiente para iniciar la fusión o la evaporación. En el caso de materiales metálicos esto suele ser fusión, mientras que en el caso de materiales no metálicos, como plásticos o madera, suele ser evaporación. Las obleas de células solares suelen ser obleas de silicio de gran tamaño y el corte por láser permite cortarlas en células más pequeñas con alta precisión para cumplir con los requisitos de tamaño de los paneles solares. Esto no sólo mejora la productividad y la calidad de las células, sino que también reduce en gran medida el desperdicio de material y los costos de fabricación. El alto grado de precisión de enfoque y control del rayo láser hace que el proceso de corte sea más delicado y no produce casi ninguna cantidad de desperdicio. Además, el corte por láser también tiene una diversidad de aplicabilidad de materiales, no solo para obleas de células solares de silicio, sino que también se puede utilizar para otros tipos de células solares, como células solares de película delgada, así como para el corte de otros materiales, por lo que tiene una alto grado de flexibilidad. La ventaja de utilizar láminas de células solares cortadas con láser es el uso de procesamiento sin contacto, sin estrés, por lo que el borde de corte es recto, no dañará la estructura de la oblea, los parámetros eléctricos son mejores que el método de corte mecánico tradicional, ambos Para mejorar el rendimiento y reducir costos, el ancho de la hendidura es pequeño, de alta precisión, la potencia del láser se puede ajustar y se puede controlar el grosor del corte para realizar el adelgazamiento de las células solares. La tecnología de corte por láser se puede aplicar a láminas de baterías de gran superficie para trazar y cortar, controlando con precisión la precisión y el espesor del corte, reduciendo aún más los residuos de corte y mejorando la utilización de la batería. Además de la aplicación del corte en la lámina de la batería, también se pueden trazar en el vidrio fotovoltaico, el principio es el mismo.
Dopaje con láser: equipos de dopaje con láser
El dopaje con láser es una técnica de procesamiento de materiales que normalmente se aplica a materiales semiconductores, especialmente al silicio, para cambiar sus propiedades eléctricas. El principio de la técnica es utilizar un láser de alta potencia para irradiar la superficie del semiconductor e introducir un material dopante externo (normalmente boro o fósforo) en la red del semiconductor. Este proceso implica que la energía del láser calienta el material semiconductor a una temperatura lo suficientemente alta como para que el material dopante pueda penetrar la red y desplazar ciertos átomos del material semiconductor, alterando así las propiedades conductoras del material. La energía láser se utiliza para hacer que los átomos de boro se difundan dentro de la oblea de silicio para lograr una estructura SE de emisor selectivo. Al dopar fuertemente la línea de rejilla metálica en el área de contacto con la oblea de silicio y mantener un ligero dopado en otras áreas en el lado frontal, no solo se puede formar un buen contacto óhmico entre el electrodo y el emisor, sino que también se reduce la complejación de oligones. en la superficie del emisor (ruta de tecnología TOPCon), que puede obtener mayor corriente de cortocircuito, voltaje de circuito abierto y factor de llenado, y mejorar la eficiencia de conversión fotoeléctrica de la célula solar. Sus ventajas radican en 1, alta precisión: el dopaje con láser puede lograr una precisión de dopaje y una resolución espacial muy altas, lo que permite un control preciso del proceso de dopaje. 2, sin contacto: los métodos de procesamiento sin contacto no introducen daños mecánicos ni contaminación por impurezas, especialmente adecuado para la fabricación de dispositivos semiconductores de alto rendimiento.3, procesamiento rápido: el dopaje con láser es un proceso de alta velocidad que permite procesar una gran cantidad de material en un corto período de tiempo.4, amplia aplicabilidad: esta tecnología es aplicable a diferentes tipos de materiales semiconductores, incluidos silicio, arseniuro de galio, arseniuro de indio, etc. En la industria fotovoltaica, la tecnología de dopaje láser se utiliza comúnmente en la fabricación de células solares para mejorar el rendimiento de las células. Algunas empresas fotovoltaicas y proveedores de tecnología líderes en el desarrollo y aplicación de tecnología de dopaje láser.
Las empresas extranjeras incluyen: Applied Materials, Amtech Systems, etc.
Las empresas nacionales incluyen: Dier, Dazhou, Shengxiong, etc.
En términos de modificación de materiales, además del dopaje con láser, existe tecnología de reparación inducida por láser, tecnología de recocido inducida por láser y tecnología de sinterización inducida por láser es una nueva tecnología lanzada por Dier Laser Technology el 14 de agosto de 20 23, que puede ganar un 0,2 por ciento de eficiencia de la batería.
Impresión por transferencia láser
La impresión por transferencia de patrones por láser (PTP) es un nuevo tipo de tecnología de impresión sin contacto. El principio de esta tecnología es recubrir la pasta requerida sobre un material específico, flexible y transparente a la luz, utilizando un rayo láser de alta potencia con gráficos de alta velocidad. Al escanear, la pasta se transfiere desde el material flexible transparente a la luz a la superficie de la batería para formar una línea de cuadrícula. A través de la tecnología de impresión láser sin contacto (PTP) para mejorar el proceso de impresión de rejilla fina de células solares de alta eficiencia, se puede superar el límite de ancho de línea de serigrafía tradicional y lograr fácilmente un ancho de línea de 25um o menos en las obleas de células impresas en un relación de aspecto más grande de líneas de rejilla ultrafinas, para ayudar a la batería a lograr celdas de rejilla ultrafinas, coincidiendo con la tecnología de emisor selectivo, para mejorar la eficiencia de la celda solar al mismo tiempo, un ahorro sustancial en el consumo de pasta del 20 por ciento o más y, en última instancia, reducir el costo de producción de baterías y generación de energía. El principio de la tecnología de transferencia láser se basa en la alta densidad de energía y el control preciso del láser. Sus pasos principales incluyen: 1, la preparación de la capa inferior: en el proceso de fabricación de células solares, la capa inferior suele ser una capa conductora transparente, que se utiliza para recolectar energía solar y transmitir corriente eléctrica. 2, irradiación láser: el uso de irradiación con rayo láser en la capa inferior, para mover el foco láser de una manera controlada con precisión. La alta densidad de energía del láser sinteriza o raya selectivamente la capa subyacente para formar un patrón específico para la célula.3. Apilamiento de capas: Se pueden apilar diferentes capas de células, como la capa activa y los electrodos, encima de la capa subyacente, capa por capa, mediante transferencia láser.4. Moldeo y encapsulación: Finalmente, el módulo de celda se procesa mediante pasos de moldeo y encapsulación para formar la celda solar final. Sus ventajas son: 1, alta precisión: la tecnología de transferencia láser puede lograr una precisión y resolución muy altas, lo que ayuda a producir células solares de alta eficiencia, impresión altamente consistente, excelente uniformidad, error de 2um, también se aplica pasta de plata a baja temperatura (HJT). . 2, sin contacto: este es un método de procesamiento sin contacto, no dañará ni contaminará los componentes de la batería, para ayudar a mejorar la calidad de la celda y, en el futuro, el proceso de película delgada es ciertamente nítido. 3, producción rápida: la impresión por transferencia láser es un método de procesamiento de alta velocidad que puede mejorar la eficiencia de producción de las células solares. 4, adaptabilidad de múltiples materiales: esta tecnología se puede aplicar a una variedad de diferentes tipos de materiales de batería, incluidos materiales orgánicos, materiales de silicio, etc. 5, control de costos: en comparación con la serigrafía, la impresión por transferencia láser de la cuadrícula es más fina , se puede hacer por debajo de 18um Ahorros de pasta del 30 por ciento, la pasta de plata de doble cara de TOPCON, la pasta de plata de baja temperatura HJT se deberá a la tecnología de transferencia láser para reducir el consumo de una gran cantidad de pasta de plata se ha convertido en una de las tecnologías importantes para reducir costos y aumentar la eficiencia.
Perforación láser
El principio de la perforación por láser es utilizar la alta densidad de energía del rayo láser para calentar el área local del material a una temperatura lo suficientemente alta como para evaporar, fundir o vaporizar el material para formar agujeros. La clave de la perforación con láser es controlar la densidad de energía del láser, el tiempo de exposición y la posición de enfoque para garantizar que el material se mecanice con precisión en el orificio deseado. Esta precisión y alta densidad de energía hacen que la perforación con láser sea ideal para muchas aplicaciones industriales, incluida la fabricación de células solares en la industria fotovoltaica. Se pueden utilizar diferentes tipos de láseres (p. ej., láseres de CO2, láseres Nd:YAG, láseres de femtosegundo, etc.) para diferentes tipos de materiales y aplicaciones, por lo que es necesario seleccionar el sistema láser adecuado para la necesidad específica. La perforación por láser tiene una amplia gama de aplicaciones en la industria fotovoltaica, especialmente en el proceso de fabricación de células solares. Las siguientes son algunas de las principales aplicaciones de la perforación láser en la industria fotovoltaica:
- Procesamiento de células: la perforación por láser se utiliza comúnmente en el procesamiento de células solares. Estos pequeños orificios se pueden utilizar para mejorar la eficiencia de absorción de luz de la celda y reducir las pérdidas por reflexión, aumentando así la eficiencia de conversión fotoeléctrica (el efecto de luz atrapada). La perforación láser permite un procesamiento preciso y eficiente de obleas de silicio, obleas de polisilicio y otros materiales de células solares.
- Conexiones de celdas y módulos: en el proceso de ensamblaje de células solares, se necesitan cables para conectar las celdas entre sí. La perforación por láser se puede utilizar para crear orificios para conectar cables entre celdas para garantizar una transferencia de corriente fluida entre las celdas y reducir la pérdida de energía. La perforación por láser también se utiliza para realizar orificios y puntos de conexión para soportes, marcos y otros componentes en el proceso de fabricación de módulos solares.
- Lámina posterior de vidrio fotovoltaico: debido a que los módulos fotovoltaicos convencionales solo usan vidrio fotovoltaico para la placa de cubierta, mientras que los módulos de doble vidrio usan vidrio fotovoltaico tanto para la placa de cubierta como para la placa posterior, y el vidrio fotovoltaico de la placa posterior debe perforarse en una ubicación específica para para llevar los cables de corriente del módulo fotovoltaico a la caja de conexiones. Por lo tanto, la perforación de las láminas posteriores de vidrio fotovoltaico se ha convertido en un proceso esencial en la producción de procesamiento posterior.
En general, la perforación por láser se utiliza ampliamente en la industria fotovoltaica para mejorar la eficiencia de las células solares, reducir los costos de fabricación y mejorar la calidad del producto. Estas aplicaciones ayudan a impulsar el desarrollo de la tecnología de energía solar y promover el uso de energías renovables. Cabe señalar que las aplicaciones específicas pueden variar según el proceso de fabricación y el material, por lo que la aplicación real debe basarse en la necesidad de seleccionar la tecnología y los parámetros láser adecuados.
Las anteriores son sólo algunas de las aplicaciones de los procesos láser en la industria fotovoltaica, que por supuesto también incluyen el ranurado por láser (XBC), la ablación por láser (PERC), etc.
Perspectivas de futuro:
A medida que la tecnología láser continúa avanzando, podemos prever más innovaciones que harán avanzar aún más la industria fotovoltaica. Es probable que en el futuro surjan materiales fotovoltaicos más eficientes, procesos de producción más inteligentes y más aplicaciones que utilicen energía fotovoltaica. Las nuevas aplicaciones de la tecnología láser en la industria fotovoltaica no sólo han aumentado la productividad, sino también han mejorado el rendimiento y la sostenibilidad de los módulos. La innovación continua en esta tecnología seguirá impulsando el desarrollo de células solares y contribuirá a un futuro de energía limpia. Además, en la fabricación fotovoltaica, la tecnología láser no sólo mejora la productividad, sino que también reduce la generación de residuos, lo que ayuda a minimizar la carga sobre el medio ambiente. Además, la tecnología de limpieza láser no requiere productos químicos, ahorrando energía y recursos. Tecnología limpia para una industria limpia: maravilloso.
Finalmente, la profundidad de la tecnología láser tiene que ver con la comprensión. Es imposible escribir lo suficiente sobre las maravillas de la tecnología láser.
