คุณลักษณะสำคัญสำหรับการผลิตเซลล์แสงอาทิตย์ขั้นสูง

การสลักด้วยเลเซอร์เป็นกระบวนการผลิตที่สำคัญและแม่นยำในการผลิตเซลล์แสงอาทิตย์แบบฟิล์มบาง โดยเฉพาะอย่างยิ่งโมดูลโฟโตวอลตาอิกเพอรอฟสไกต์ เทคนิคการสลักแบบไม่สัมผัสนี้ใช้ลำแสงเลเซอร์พลังงานสูงเพื่อขจัดชั้นวัสดุเฉพาะออก ซึ่งกำหนดรูปแบบการเชื่อมต่อทางไฟฟ้าที่ช่วยให้สามารถรวบรวมกระแสไฟฟ้าและเชื่อมต่อโมดูลแบบอนุกรมได้อย่างมีประสิทธิภาพ กระบวนการนี้ประกอบด้วยสามขั้นตอนหลัก ได้แก่ P1, P2 และ P3 ซึ่งแต่ละขั้นตอนมีหน้าที่เฉพาะตัวในโครงสร้างเซลล์ การทำความเข้าใจคุณลักษณะเฉพาะของแต่ละขั้นตอนสลักเป็นสิ่งสำคัญอย่างยิ่งต่อการเพิ่มประสิทธิภาพและผลผลิตของเซลล์แสงอาทิตย์

P1 เลเซอร์ การเขียน: การสร้างการแยกทางไฟฟ้า

ขั้นตอนการกรีด P1 เป็นกระบวนการแรกและเป็นพื้นฐานในการผลิตเซลล์แสงอาทิตย์ ขั้นตอนนี้เกี่ยวข้องกับการสร้างลวดลายบนชั้นออกไซด์ตัวนำโปร่งใส (ทีซีโอ) ซึ่งโดยทั่วไปประกอบด้วยวัสดุ เช่น อิโตะ หรือ เอฟทีโอ วางบนวัสดุแก้วหรือวัสดุที่มีความยืดหยุ่น วัตถุประสงค์หลักของการกรีด P1 คือการสร้างพื้นที่แยกทางไฟฟ้า ซึ่งจะเป็นพื้นฐานสำหรับเซลล์แสงอาทิตย์แต่ละส่วน

ลักษณะสำคัญของการเขียน P1 คือข้อกำหนดสำหรับการกำจัดชั้น ทีซีโอ ออกอย่างสมบูรณ์โดยไม่ทำลายพื้นผิวด้านล่าง ความแม่นยำนี้ต้องอาศัยการปรับพารามิเตอร์ให้เหมาะสมอย่างระมัดระวัง เนื่องจากกำลังเลเซอร์ที่มากเกินไปอาจทำให้เกิดรอยแตกร้าวขนาดเล็กบนพื้นผิวกระจก ในขณะที่กำลังที่ไม่เพียงพอจะทิ้งสารตกค้างที่เป็นตัวนำไฟฟ้าซึ่งนำไปสู่ไฟฟ้าลัดวงจรระหว่างเซลล์ งานวิจัยชี้ให้เห็นว่าสำหรับชั้น อิโตะ หนา 500 นาโนเมตร พารามิเตอร์ P1 ที่เหมาะสมโดยทั่วไปจะประกอบด้วยกำลังเลเซอร์ 1.8-2.4 วัตต์ และความเร็วการสลักต่ำกว่า 2,500 มิลลิเมตรต่อวินาที ส่งผลให้ความกว้างของร่องน้อยกว่า 10 ไมโครเมตร คุณภาพของการสลัก P1 ส่งผลโดยตรงต่อปัจจัยการเติมเชิงเรขาคณิต (จีเอฟเอฟ) ซึ่งเป็นพารามิเตอร์สำคัญที่กำหนดพื้นที่ใช้งานสำหรับการผลิตพลังงาน

P2 เลเซอร์ การเขียน: การสร้างการเชื่อมต่อแบบอนุกรม

การสลัก P2 เป็นขั้นตอนที่ท้าทายทางเทคนิคมากที่สุดในกระบวนการสร้างลวดลายด้วยเลเซอร์ ขั้นตอนนี้เกิดขึ้นหลังจากการสะสมชั้นฟังก์ชันหลายชั้น ได้แก่ ชั้นขนส่งอิเล็กตรอน (อีทีแอล) ชั้นดูดซับเพอรอฟสไกต์ ชั้นขนส่งโฮล (เอชทีแอล) และบางครั้งอาจรวมถึงชั้นอิเล็กโทรดเบื้องต้น กระบวนการ P2 จำเป็นต้องขจัดชั้นต่างๆ เหล่านี้ได้อย่างแม่นยำเพื่อเปิดเผยชั้น ทีซีโอ ที่อยู่ด้านล่างที่ถูกเคลียร์ในระหว่าง P1 โดยสร้างเส้นทางการนำไฟฟ้าที่เชื่อมต่อแบบอนุกรมระหว่างอิเล็กโทรดด้านหน้าของเซลล์หนึ่งกับหน้าสัมผัสด้านหลังของเซลล์ที่อยู่ติดกัน

ความท้าทายสำคัญในการสลักแบบ P2 อยู่ที่การบรรลุความลึกที่เพียงพอเพื่อขจัดชั้นฟังก์ชันทั้งหมดออกอย่างสมบูรณ์โดยไม่ทำลายชั้น ทีซีโอ ด้านล่าง การศึกษาที่ใช้เลเซอร์เฟมโตวินาทีความยาวคลื่น 532 นาโนเมตร แสดงให้เห็นถึงความสำเร็จด้วยการตั้งค่าพลังงานที่ต่ำกว่าอย่างมีนัยสำคัญ (ประมาณ 0.46 วัตต์) เมื่อเทียบกับ P1 แต่มีความเร็วในการสลักที่สูงกว่า (ประมาณ 4,000 มิลลิเมตรต่อวินาที) เพื่อลดการสะสมความร้อน

ต้องควบคุมความลึกของสคริปท์ P2 อย่างระมัดระวัง โดยทั่วไปจะอยู่ที่ประมาณ 858 นาโนเมตรสำหรับโครงสร้างหลายชั้นบางประเภท เพื่อให้มั่นใจว่าการลอกออกเป็นไปอย่างราบรื่นโดยไม่เกิดความเสียหายต่อพื้นผิว การลอกออกของ P2 ที่ไม่เพียงพออาจเพิ่มความต้านทานการสัมผัส ทำให้กระแสไฟฟ้าระหว่างเซลล์ที่อยู่ติดกันลดลง ในขณะที่การลอกออกที่มากเกินไปอาจสร้างความเสียหายให้กับชั้น ทีซีโอ และทำให้การเชื่อมต่อทางไฟฟ้าไม่มีประสิทธิภาพ

การสลักเลเซอร์ P3: การแยกเซลล์ขั้นสุดท้าย

ขั้นตอนการขีดเขียน P3 จะทำให้กระบวนการสร้างรูปแบบไฟฟ้าเสร็จสมบูรณ์โดยการแยกส่วนสัมผัสด้านหน้าของแต่ละเซลล์ ขั้นตอนนี้ดำเนินการหลังจากการเคลือบอิเล็กโทรดโลหะด้านบน ซึ่งโดยทั่วไปจะเป็นชั้นของทองคำหรือโลหะนำไฟฟ้าอื่นๆ วัตถุประสงค์ของ P3 คือการสร้างร่องที่แยกอิเล็กโทรดด้านหน้าของเซลล์ที่อยู่ติดกัน เพื่อป้องกันไฟฟ้าลัดวงจร ในขณะที่ยังคงรักษาการเชื่อมต่อแบบอนุกรมที่สร้างขึ้นโดยกระบวนการ P2 ไว้

การขูดด้วย P3 ต้องใช้ความแม่นยำเป็นพิเศษ เนื่องจากต้องขจัดชั้นอิเล็กโทรดโลหะออกโดยไม่ทำลายชั้นเพอรอฟสไกต์และชั้นขนส่งประจุที่มีความสำคัญอย่างยิ่งต่อการทำงานของเซลล์ พารามิเตอร์ที่เหมาะสมที่สุดสำหรับ P3 มักเกี่ยวข้องกับกำลังเลเซอร์ที่ต่ำกว่า (ประมาณ 0.2 วัตต์) และความเร็วที่สูงขึ้น (ประมาณ 6,000 มิลลิเมตรต่อวินาที) เมื่อเทียบกับขั้นตอนก่อนหน้า ส่งผลให้ความลึกของร่องลึกอยู่ที่ประมาณ 534 นาโนเมตร คุณภาพของการขูดด้วย P3 สะท้อนให้เห็นในพารามิเตอร์ประสิทธิภาพสัมพัทธ์ของเซลล์ย่อยที่ได้ เมื่อดำเนินการอย่างถูกต้อง เซลล์ที่แยกออกมาควรรักษากระแสไฟฟ้าลัดวงจร แรงดันไฟฟ้าวงจรเปิด และค่าฟิลล์แฟกเตอร์เดิมไว้ได้เกือบ 100%

การพิจารณาและการประยุกต์ใช้ทางเทคโนโลยี

ประสิทธิผลของกระบวนการแกะสลักด้วยเลเซอร์ทั้งสามกระบวนการขึ้นอยู่กับปัจจัยทางเทคโนโลยีหลายประการการเลือกความยาวคลื่นเลเซอร์มีความสำคัญอย่างยิ่ง โดยเลเซอร์ไฟเบอร์ (1064 นาโนเมตร) เลเซอร์ นด.:แย็ก และเลเซอร์อัลตราไวโอเลต (355 นาโนเมตร) เป็นตัวเลือกทั่วไป ขึ้นอยู่กับคุณสมบัติของวัสดุธรรมชาติที่ไม่ต้องสัมผัสการแกะสลักด้วยเลเซอร์ช่วยขจัดการสึกหรอของเครื่องมือและความเครียดทางกลบนวัสดุที่เปราะบาง ขณะเดียวกันก็ให้ความแม่นยำระดับไมครอนที่ทางเลือกทางกลไม่สามารถเทียบได้

เลเซอร์แต่ละประเภทมีข้อได้เปรียบที่แตกต่างกันสำหรับการใช้งานที่หลากหลาย เลเซอร์ไฟเบอร์ให้คุณภาพลำแสงและประสิทธิภาพสูงสำหรับการแปรรูปโลหะ ขณะที่เลเซอร์ ซีโอ₂ มีประสิทธิภาพเหนือกว่าวัสดุอินทรีย์ เลเซอร์อัลตราไวโอเลตที่มีความยาวคลื่นสั้นกว่า ช่วยให้สามารถสร้างรูปแบบความละเอียดสูง ซึ่งจำเป็นสำหรับสถาปัตยกรรมเซลล์แสงอาทิตย์ขั้นสูง ความก้าวหน้าจาก P1 ไปสู่ ​​P3 แสดงให้เห็นถึงแนวโน้มของความต้องการพลังงานเลเซอร์ที่ลดลง แต่ความต้องการความแม่นยำและการควบคุมที่เพิ่มขึ้น สะท้อนให้เห็นถึงความซับซ้อนที่เพิ่มขึ้นของโครงสร้างแบบเลเยอร์ที่กำลังประมวลผล

บทสรุป

กระบวนการเลเซอร์สคริปท์ P1, P2 และ P3 มีบทบาทที่แตกต่างกันแต่เชื่อมโยงกันในการผลิตเซลล์แสงอาทิตย์แบบฟิล์มบางประสิทธิภาพสูง P1 สร้างพื้นฐานการแยกทางไฟฟ้า P2 สร้างการเชื่อมต่อแบบอนุกรมที่สำคัญระหว่างเซลล์ และ P3 ทำหน้าที่แยกวงจรให้เสร็จสมบูรณ์ กระบวนการที่มีความแม่นยำเหล่านี้ร่วมกันช่วยให้สามารถผลิตโมดูลเซลล์แสงอาทิตย์แบบเชื่อมต่อแบบอนุกรม โดยลดพื้นที่ว่างให้เหลือน้อยที่สุดและเพิ่มพื้นที่ใช้งานสูงสุดสำหรับการผลิตพลังงาน ในขณะที่เทคโนโลยีเซลล์แสงอาทิตย์ยังคงพัฒนาไปสู่ประสิทธิภาพที่สูงขึ้นและโครงสร้างชั้นที่บางลง ความแม่นยำและการควบคุมที่ได้จากเลเซอร์สคริปท์จะยังคงเป็นสิ่งจำเป็นต่อความยั่งยืนเชิงพาณิชย์

คำหลัก:

• อุปกรณ์แกะสลักด้วยเลเซอร์

• กระบวนการเลเซอร์ P1 P2 P3

• การผลิตเซลล์แสงอาทิตย์เพอรอฟสไกต์

• การทำลายด้วยเลเซอร์อย่างแม่นยำ

• การสร้างรูปแบบฟิล์มบาง

• การเชื่อมต่อเซลล์แสงอาทิตย์

• การประมวลผลวัสดุแบบไม่สัมผัส

• ระบบเลเซอร์ความแม่นยำสูง