Лазеры стали неотъемлемой частью современных технологий и науки, начиная с их первоначальных лабораторных применений и заканчивая сегодняшними разнообразными областями медицины, связи, производства, военных и научных исследований. Истоки лазеров можно проследить до середины-20века, во многом благодаря теоретическим работам Артура Шавлоу и Чарльза Таунса, а также экспериментальным работам Декстера Р. Ханша (Теодор Мейман). Ниже приводится более подробное описание процесса возникновения лазера:
- Заложение теоретических основ: В начале 20 века Альберт Эйнштейн предложил фотонную теорию, согласно которой свет существует в виде дискретных частиц (фотонов). Эта теория заложила основу квантовой оптики, которая впоследствии послужила важной основой для теоретической основы лазера.
- Теория возбужденного излучения. В 1951 году Чарльз Таунс и Артур Ламберт независимо друг от друга предложили теорию возбужденного излучения, которая показала, что когда атомы или молекулы находятся в возбужденном состоянии, они могут быть возбуждены фотоном уже возбужденного атома. , создавая таким образом фотоны с той же частотой и фазой, что и возбужденный фотон. Теоретическая основа этого процесса стала основой работы лазеров.
- Теоретическая формулировка лазеров. Теоретические работы Таунса и Ламберта положили начало изучению того, как реализовать возбужденное излучение, и они разработали концепцию усиления света с использованием возбужденного излучения. Их ключевая идея заключалась в том, чтобы постепенно увеличивать количество фотонов, отражая их взад и вперед в оптическом резонаторе с высокой отражательной способностью, образуя в конечном итоге высоко сфокусированный луч света — лазер.
- Экспериментальная проверка лазеров 1. В 1958 году американскому физику Декстеру Р. Ханшу удалось построить первый работающий лазер. Для получения возбуждающего излучения он использовал синтетическую среду возбуждения, обычно смесь азота и неона. Этот лазер производил контролируемый, высоко сфокусированный луч света, что ознаменовало официальное рождение лазерной технологии.
Прошло 63 года с июля 196 года0, когда Мейманом в исследовательских лабораториях Хьюза в США был успешно создан первый в мире работоспособный рубиновый лазер с длиной волны 0,6943 микрона. Ряд характеристик, таких как высокая степень фокусировки лазера, хорошая монохроматичность, высокая плотность энергии, распространение на большие расстояния, бесконтактность и т. д., делают его широко используемым. Лазер часто называют «звездой завтрашнего дня XXI века», «одной из важных технологий XXI века», «самой точной линейкой, самым быстрым ножом». Такое название также отражает важное положение и широкое применение лазерных технологий в современном обществе, науке и технике. Лазерные технологии играют ключевую роль во многих областях, таких как связь, медицина, производство, научные исследования, военное дело, мониторинг окружающей среды и т. д., и поэтому считаются одной из самых многообещающих и влиятельных технологий 21 века. В частности, в фотоэлектрической промышленности лазерные технологии порождают ряд инноваций, которые делают производство солнечных элементов более эффективным, надежным и экологически чистым.
Сегодня давайте углубимся в совершенно новые применения лазеров в фотоэлектрической промышленности.
Лазерная резка: лазерные скрайберы
Лазерная резка — это чрезвычайно точный процесс, который используется для резки кремниевых пластин солнечных батарей до желаемого размера. Его основной принцип заключается в том, что сфокусированный лазерный луч направляется на поверхность разрезаемого материала. Энергия фотонов поглощается материалом, что приводит к локальному нагреву материала. Когда энергия лазерного луча достаточно высока, он может нагреть поверхность материала до температуры, достаточной для инициирования плавления или испарения. В случае металлических материалов это обычно плавление, а в случае неметаллических материалов, таких как пластик или дерево, это обычно испарение. Пластины солнечных элементов обычно представляют собой большие кремниевые пластины, а лазерная резка позволяет разрезать их на более мелкие ячейки с высокой точностью, чтобы соответствовать требованиям к размерам солнечных панелей. Это не только повышает производительность и качество клеток, но также значительно снижает отходы материалов и производственные затраты. Высокая степень фокусировки и точности управления лазерным лучом делает процесс резки более деликатным и обеспечивает практически нулевое количество отходов. Кроме того, лазерная резка также имеет разнообразные возможности применения материалов, не только для пластин кремниевых солнечных элементов, но также может использоваться для других типов солнечных элементов, таких как тонкопленочные солнечные элементы, а также для резки других материалов, поэтому она имеет высокая степень гибкости. Преимущество использования лазерной резки листа солнечного элемента заключается в использовании бесконтактной обработки, отсутствия напряжения, поэтому режущая кромка прямая, не повреждает структуру пластины, электрические параметры лучше, чем у традиционного метода механической резки, как Чтобы повысить производительность и снизить затраты, ширина щели небольшая, высокая точность, мощность лазера можно регулировать, вы можете контролировать толщину разреза, чтобы реализовать утончение солнечных элементов. Технология лазерной резки может применяться к пластинам аккумуляторных батарей большой площади для разметки и резки, точно контролируя точность и толщину резки, дополнительно уменьшая количество мусора при резке и улучшая использование батареи. Помимо нанесения резки на аккумуляторный лист, на фотоэлектрическом стекле также можно наносить надписи, принцип тот же.
Лазерное допинг: оборудование для лазерного допинга
Лазерное легирование — это метод обработки материалов, обычно применяемый к полупроводниковым материалам, особенно к кремнию, для изменения их электрических свойств. Принцип метода заключается в использовании мощного лазера для облучения поверхности полупроводника и введении внешнего легирующего материала (обычно бора или фосфора) в решетку полупроводника. Этот процесс включает в себя энергию лазерного нагрева полупроводникового материала до достаточно высокой температуры, чтобы легирующий материал мог проникать в решетку и смещать определенные атомы полупроводникового материала, тем самым изменяя проводящие свойства материала. Энергия лазера используется для того, чтобы заставить атомы бора диффундировать внутри кремниевой пластины для достижения структуры селективного эмиттера SE. За счет сильного легирования линии металлической сетки в области контакта с кремниевой пластиной и сохранения легкого легирования в других областях на лицевой стороне можно не только сформировать хороший омический контакт между электродом и эмиттером, но и уменьшить комплексообразование олигонов. на поверхности эмиттера (технологический маршрут TOPCon), что позволяет получить более высокий ток короткого замыкания, напряжение холостого хода и коэффициент заполнения, а также повысить эффективность фотоэлектрического преобразования солнечного элемента. Его преимущества заключаются в 1, высокой точности: лазерное легирование позволяет достичь очень высокой точности легирования и пространственного разрешения, что позволяет точно контролировать процесс легирования. 2, бесконтактность: методы бесконтактной обработки не приводят к механическим повреждениям или загрязнению примесями, особенно подходит для производства высокопроизводительных полупроводниковых приборов. 3. Быстрая обработка: лазерное легирование — это высокоскоростной процесс, который позволяет обрабатывать большое количество материала за короткий период времени. 4. Широкая применимость: эта технология применимо к различным типам полупроводниковых материалов, включая кремний, арсенид галлия, арсенид индия и т. д. В фотоэлектрической промышленности технология лазерного легирования обычно используется при производстве солнечных элементов для улучшения их характеристик. Некоторые ведущие фотоэлектрические компании и поставщики технологий занимаются разработкой и применением технологий лазерного легирования.
К зарубежным компаниям относятся: Applied Materials, Amtech Systems и т. д.
В число отечественных компаний входят: Dier, Dazhou, Shengxiong и т. д.
Что касается модификации материала, помимо лазерного легирования, существуют технологии лазерного ремонта, технология лазерного отжига и технология лазерно-индуцированного спекания - новая технология, выпущенная компанией Dier Laser Technology 14 августа 20 23, что позволяет повысить эффективность батареи на 0,2 процента.
Лазерная трансферная печать
Лазерная печать с переносом рисунка (PTP) — это новый тип технологии бесконтактной печати, принцип этой технологии заключается в нанесении необходимой пасты на специальный гибкий светопрозрачный материал с использованием мощного лазерного луча со высокоскоростной графикой. при сканировании паста переносится с гибкого светопрозрачного материала на поверхность батареи, образуя линию сетки. Благодаря технологии бесконтактной лазерной печати (PTP) для улучшения процесса печати на высокоэффективных солнечных элементах с мелкой сеткой можно преодолеть традиционное ограничение ширины линии трафаретной печати, легко реализовать ширину линии 25 мкм или меньше на пластинах ячеек, напечатанных на большее соотношение сторон сверхтонких линий сетки, чтобы помочь батарее получить ячейки сверхтонкой сетки, соответствующие технологии селективного излучателя, одновременно повышая эффективность солнечного элемента, существенную экономию расхода пасты на 20 процентов или более. и, в конечном итоге, снизить затраты на производство аккумуляторов и выработку электроэнергии. Принцип технологии лазерной передачи основан на высокой плотности энергии и точном управлении лазером. Его основные этапы включают: 1. Подготовка нижнего слоя: в процессе производства солнечных элементов нижний слой обычно представляет собой прозрачный проводящий слой, используемый для сбора солнечной энергии и передачи электрического тока. 2. Лазерное облучение: использование облучения лазерным лучом нижнего слоя для точно контролируемого перемещения лазерного фокуса. Высокая плотность энергии лазера выборочно спекает или царапает нижележащий слой, образуя определенный рисунок ячейки.3. Укладка слоев: различные слои клеток, такие как активный слой и электроды, могут быть уложены поверх нижележащего слоя слой за слоем с помощью лазерного переноса.4. Формование и инкапсуляция. Наконец, модуль ячейки проходит этапы формования и инкапсуляции для формирования окончательного солнечного элемента. Его преимущества: 1, высокая точность: технология лазерного переноса может обеспечить очень высокую точность и разрешение, помогая производить высокоэффективные солнечные элементы, высокую стабильность печати, отличную однородность, погрешность в 2 мкм, также применима низкотемпературная серебряная паста (HJT). . 2, бесконтактный: это метод бесконтактной обработки, который не повредит и не загрязнит компоненты батареи, что поможет улучшить качество элемента, и в будущем процесс изготовления тонкой пленки, безусловно, будет острым. 3, быстрое производство: лазерная трансферная печать - это высокоскоростной метод обработки, который может повысить эффективность производства солнечных элементов. 4. Адаптируемость к нескольким материалам: эту технологию можно применять к различным типам аккумуляторных материалов, включая органические материалы, кремниевые материалы и т. д. 5. Контроль затрат: по сравнению с трафаретной печатью лазерная трансферная печать сетки более тонкая. , можно сделать менее 18 мкм. Экономия пасты на 30 процентов. Двусторонняя серебряная паста TOPCON, низкотемпературная серебряная паста HJT будет обусловлена технологией лазерной передачи, позволяющей сократить потребление большого количества серебряной пасты, которая стала одной из важных технологий. снизить затраты и повысить эффективность.
Лазерная перфорация
Принцип лазерной перфорации заключается в использовании высокой плотности энергии лазерного луча для нагрева локальной области материала до достаточно высокой температуры для испарения, плавления или испарения материала с образованием отверстий. Ключом к лазерной перфорации является контроль плотности энергии лазера, времени воздействия и положения фокуса, чтобы гарантировать, что материал точно обрабатывается в желаемое отверстие. Такая точность и высокая плотность энергии делают лазерное сверление идеальным для многих промышленных применений, включая производство солнечных элементов в фотоэлектрической промышленности. Различные типы лазеров (например, CO2-лазеры, Nd:YAG-лазеры, фемтосекундные лазеры и т. д.) могут использоваться для разных типов материалов и применений, поэтому для конкретных нужд необходимо выбирать соответствующую лазерную систему. Лазерная перфорация имеет широкий спектр применения в фотоэлектрической промышленности, особенно в процессе производства солнечных элементов. Ниже приведены некоторые основные области применения лазерной перфорации в фотоэлектрической промышленности:
- Обработка ячеек: Лазерная перфорация обычно используется при обработке солнечных элементов. Эти небольшие отверстия можно использовать для повышения эффективности поглощения света ячейкой и уменьшения потерь на отражение, тем самым увеличивая эффективность фотоэлектрического преобразования (эффект захваченного света). Лазерная перфорация позволяет точно и эффективно обрабатывать кремниевые пластины, поликремниевые пластины и другие материалы для солнечных батарей.
- Соединения ячеек и модулей. В процессе сборки солнечных батарей необходимы провода для соединения ячеек друг с другом. Лазерную перфорацию можно использовать для создания отверстий для соединения проводов между ячейками, чтобы обеспечить плавную передачу тока между ячейками и уменьшить потери энергии. Лазерная перфорация также используется для изготовления отверстий и мест соединения кронштейнов, рам и других компонентов в процессе изготовления солнечных модулей.
- Задняя панель из фотоэлектрического стекла: поскольку в обычных фотоэлектрических модулях фотоэлектрическое стекло используется только для крышки, а в модулях с двойным стеклом фотоэлектрическое стекло используется как для крышки, так и для задней панели, а фотоэлектрическое стекло задней панели должно быть перфорировано в определенном месте, чтобы подвести токоподводы от фотоэлектрического модуля к распределительной коробке. Таким образом, перфорация задних листов фотоэлектрического стекла стала важным процессом в процессе дальнейшей обработки.
В целом, лазерная перфорация широко используется в фотоэлектрической промышленности для повышения эффективности солнечных элементов, снижения производственных затрат и улучшения качества продукции. Эти приложения помогают способствовать развитию технологий солнечной энергии и продвигают использование возобновляемых источников энергии. Следует отметить, что конкретные области применения могут различаться в зависимости от производственного процесса и материала, поэтому фактическое применение должно основываться на необходимости выбора соответствующей лазерной технологии и параметров.
Вышеупомянутое — это лишь некоторые из применений лазерных процессов в фотоэлектрической промышленности, которые, конечно, также включают в себя лазерную прорезь (XBC), лазерную абляцию (PERC) и так далее.
Будущие перспективы:
Поскольку лазерные технологии продолжают развиваться, мы можем предвидеть новые инновации, которые будут способствовать дальнейшему развитию фотоэлектрической отрасли. В будущем, вероятно, появятся более эффективные фотоэлектрические материалы, более разумные производственные процессы и больше приложений, использующих фотоэлектрическую энергию. Новые применения лазерных технологий в фотоэлектрической промышленности не только увеличили производительность, но также улучшили производительность и надежность модулей. Постоянные инновации в этой технологии будут и дальше стимулировать развитие солнечных элементов и способствовать будущему чистой энергетики. Кроме того, в фотоэлектрическом производстве лазерные технологии не только повышают производительность, но и сокращают образование отходов, что помогает минимизировать нагрузку на окружающую среду. Кроме того, технология лазерной очистки не требует использования химикатов, что позволяет экономить энергию и ресурсы. Чистые технологии для чистой промышленности – замечательно.
Наконец, глубина лазерных технологий заключается в понимании. О чудесах лазерной технологии невозможно описать достаточно.
