Depuis leurs applications initiales en laboratoire jusqu'aux divers domaines actuels de la médecine, des communications, de la fabrication, de la recherche militaire et scientifique, les lasers sont devenus une partie intégrante de la technologie et de la science modernes. Les origines des lasers remontent au milieu du-20e siècle, en grande partie grâce aux travaux théoriques d'Arthur Schawlow et de Charles Townes, ainsi qu'aux travaux expérimentaux de Dexter R. Hansch (Theodore Maiman). Ce qui suit est un compte rendu plus détaillé du processus par lequel le laser est né :
- Pose des bases théoriques : Au début du 20e siècle, Albert Einstein a proposé la théorie des photons selon laquelle la lumière existe sous la forme de particules discrètes (photons). Cette théorie a jeté les bases de l’optique quantique, qui a ensuite fourni un soutien important aux bases théoriques du laser.
- La théorie du rayonnement excité : En 1951, Charles Towns et Arthur Lambert ont proposé indépendamment la théorie du rayonnement excité, qui a révélé que lorsque des atomes ou des molécules sont dans un état excité, ils peuvent être excités par un photon provenant d'un atome déjà excité. , produisant ainsi des photons avec la même fréquence et la même phase que le photon excité. La base théorique de ce processus est devenue le cœur du fonctionnement des lasers.
- Formulation théorique des lasers : Les travaux théoriques de Towns et Lambert ont déclenché l'étude de la manière de réaliser un rayonnement excité et ils ont développé le concept d'amplification de la lumière à l'aide d'un rayonnement excité. Leur idée principale était d’augmenter progressivement le nombre de photons en les réfléchissant d’avant en arrière dans une cavité optique à haute réflectivité, pour finalement former un faisceau de lumière hautement focalisé, le laser.
- Vérification expérimentale des lasers 1 : En 1958, le physicien américain Dexter R. Hansch a réussi à construire le premier laser fonctionnel. Il a utilisé un milieu d'excitation synthétique, généralement un mélange d'azote et de néon, pour obtenir un rayonnement excité. Ce laser produisait un faisceau de lumière contrôlé et hautement focalisé, ce qui marquait la naissance officielle de la technologie laser.
Cela fait 63 ans depuis juillet 1960, lorsque le premier laser à rubis opérationnel au monde avec une longueur d'onde de 0,6943 microns a été fabriqué avec succès par Meyman aux laboratoires de recherche Hughes aux États-Unis. Une série de caractéristiques telles que le degré élevé de focalisation du laser, sa bonne monochromaticité, sa densité d'énergie élevée, sa propagation sur de longues distances, son absence de contact, etc., le rendent largement utilisé. Le laser est souvent désigné comme « l'étoile de demain du 21e siècle », « l'une des technologies importantes du 21e siècle », « la règle la plus précise, le couteau le plus rapide ». Ce type de nom reflète également la position importante et la large application de la technologie laser dans la société, la science et la technologie contemporaines. La technologie laser joue un rôle clé dans de nombreux domaines tels que la communication, le traitement médical, la fabrication, la recherche scientifique, l'armée, la surveillance environnementale, etc. et est donc considérée comme l'une des technologies les plus prometteuses et les plus influentes du 21e siècle. Dans l’industrie photovoltaïque en particulier, la technologie laser donne naissance à une série d’innovations qui rendent la fabrication de cellules solaires plus efficace, plus fiable et plus respectueuse de l’environnement.
Aujourd'hui, penchons-nous sur les toutes nouvelles applications des lasers dans l'industrie photovoltaïque.
Découpe laser : graveurs laser
La découpe laser est un processus extrêmement précis utilisé pour découper des plaquettes de cellules solaires en silicium à la taille souhaitée. Son principe principal est qu'un faisceau laser focalisé est dirigé sur la surface du matériau à découper. L’énergie des photons est absorbée par le matériau, entraînant un échauffement localisé du matériau. Lorsque l’énergie du faisceau laser est suffisamment élevée, il peut chauffer la surface du matériau à une température suffisante pour initier la fusion ou l’évaporation. Dans le cas des matériaux métalliques, il s'agit généralement d'une fusion, tandis que dans le cas de matériaux non métalliques, comme le plastique ou le bois, il s'agit généralement d'une évaporation. Les tranches de cellules solaires sont généralement de grandes tranches de silicium, et la découpe au laser permet de les découper en cellules plus petites avec une grande précision pour répondre aux exigences de taille des panneaux solaires. Cela améliore non seulement la productivité et la qualité des cellules, mais réduit également considérablement les déchets de matériaux et les coûts de fabrication. Le degré élevé de focalisation et de précision de contrôle du faisceau laser rend le processus de découpe plus délicat et ne produit pratiquement aucun déchet. En outre, la découpe laser présente également une diversité d'applicabilité de matériaux, non seulement pour les plaquettes de cellules solaires en silicium, mais peut également être utilisée pour d'autres types de cellules solaires, telles que les cellules solaires à couches minces, ainsi que pour la découpe d'autres matériaux, elle a donc un haut degré de flexibilité. L'avantage de l'utilisation d'une feuille de cellules solaires découpée au laser est l'utilisation d'un traitement sans contact, sans contrainte, de sorte que le tranchant est droit, n'endommagera pas la structure de la plaquette, les paramètres électriques sont meilleurs que la méthode de découpe mécanique traditionnelle, les deux pour améliorer le rendement et réduire les coûts, la largeur de la fente est petite, de haute précision, la puissance du laser peut être ajustée, vous pouvez contrôler l'épaisseur de la coupe, de manière à réaliser l'amincissement des cellules solaires. La technologie de découpe au laser peut être appliquée aux feuilles de batterie de grande surface pour le traçage et la découpe, contrôlant avec précision la précision et l'épaisseur de la découpe, réduisant davantage les débris de découpe et améliorant l'utilisation de la batterie. En plus de l'application de découpe sur la feuille de batterie, il est également possible de graver sur le verre photovoltaïque, le principe est le même.
Dopage laser : équipement de dopage laser
Le dopage laser est une technique de traitement des matériaux généralement appliquée aux matériaux semi-conducteurs, notamment au silicium, pour modifier leurs propriétés électriques. Le principe de la technique consiste à utiliser un laser de haute puissance pour irradier la surface du semi-conducteur et introduire un matériau dopant externe (généralement du bore ou du phosphore) dans le réseau semi-conducteur. Ce processus implique que l'énergie du laser chauffe le matériau semi-conducteur à une température suffisamment élevée pour que le matériau dopant puisse pénétrer dans le réseau et déplacer certains atomes du matériau semi-conducteur, modifiant ainsi les propriétés conductrices du matériau. L'énergie laser est utilisée pour amener les atomes de bore à diffuser dans la plaquette de silicium afin d'obtenir une structure SE d'émetteur sélectif. En dopant fortement la ligne de grille métallique dans la zone de contact avec la plaquette de silicium et en conservant un dopage léger dans d'autres zones sur la face avant, il peut non seulement former un bon contact ohmique entre l'électrode et l'émetteur, mais également réduire la complexation des oligons. sur la surface de l'émetteur (voie technologique TOPCon), ce qui peut obtenir un courant de court-circuit, une tension en circuit ouvert et un facteur de remplissage plus élevés, et améliorer l'efficacité de conversion photoélectrique de la cellule solaire. Ses avantages résident dans 1, haute précision : le dopage laser peut atteindre une précision de dopage et une résolution spatiale très élevées, permettant un contrôle précis du processus de dopage.2, sans contact : les méthodes de traitement sans contact n'introduisent pas de dommages mécaniques ni de contamination par des impuretés, en particulier adapté à la fabrication de dispositifs semi-conducteurs haute performance.3, traitement rapide : le dopage laser est un processus à grande vitesse, qui permet de traiter une grande quantité de matériau en peu de temps.4, large applicabilité : cette technologie est applicable à différents types de matériaux semi-conducteurs, notamment le silicium, l'arséniure de gallium et de gallium, l'arséniure d'indium, etc. Dans l'industrie photovoltaïque, la technologie de dopage laser est couramment utilisée dans la fabrication de cellules solaires pour améliorer les performances des cellules. Certaines grandes entreprises photovoltaïques et fournisseurs de technologies dans le développement et l'application de la technologie de dopage laser.
Les entreprises étrangères comprennent : Applied Materials, Amtech Systems, etc.
Les entreprises nationales comprennent : Dier, Dazhou, Shengxiong, etc.
En termes de modification des matériaux, en plus du dopage laser, il existe une technologie de réparation induite par laser, une technologie de recuit induit par laser, la technologie de frittage induit par laser est une nouvelle technologie publiée par Dier Laser Technology le 14 août 20 23, qui peut gagner 0,2 pour cent de l’efficacité de la batterie.
Impression par transfert laser
L'impression par transfert de motifs laser (PTP) est un nouveau type de technologie d'impression sans contact. Le principe de cette technologie est d'appliquer la pâte requise sur un matériau spécifique, flexible et transparent à la lumière, à l'aide d'un faisceau laser haute puissance avec un graphisme à grande vitesse. Lors du balayage, la pâte est transférée du matériau flexible transparent à la lumière à la surface de la batterie pour former une ligne de grille. Grâce à la technologie d'impression laser sans contact (PTP) pour améliorer le processus d'impression à grille fine des cellules solaires à haut rendement, peut dépasser la limite de largeur de ligne de sérigraphie traditionnelle, réaliser facilement une largeur de ligne de 25 um ou moins, dans les tranches de cellules imprimées sur un rapport d'aspect plus grand des lignes de grille ultra-fines, pour aider la batterie à obtenir des cellules de grille ultra-fines, correspondant à la technologie d'émetteur sélectif, pour améliorer l'efficacité de la cellule solaire en même temps, une économie substantielle de consommation de pâte de 20 pour cent ou plus , et à terme réduire le coût de production des batteries et de production d’électricité. Le principe de la technologie de transfert laser repose sur la haute densité énergétique et le contrôle précis du laser. Ses principales étapes comprennent : 1, la préparation de la couche inférieure : dans le processus de fabrication des cellules solaires, la couche inférieure est généralement une couche conductrice transparente, utilisée pour collecter l'énergie solaire et transmettre le courant électrique. 2, irradiation laser : utilisation de l'irradiation par faisceau laser sur la couche inférieure, pour déplacer le foyer laser d'une manière contrôlée avec précision. La haute densité d'énergie du laser fritte ou raye sélectivement la couche sous-jacente pour former un motif spécifique pour la cellule.3. Empilage de couches : différentes couches de cellules, telles que la couche active et les électrodes, peuvent être empilées couche par couche sur la couche sous-jacente par transfert laser.4. Moulage et encapsulation : Enfin, le module cellulaire est traité par des étapes de moulage et d'encapsulation pour former la cellule solaire finale. Ses avantages sont les suivants : 1, haute précision : la technologie de transfert laser peut atteindre une précision et une résolution très élevées, aidant à produire des cellules solaires à haut rendement, une impression hautement cohérente, une excellente uniformité, une erreur de 2 um, une pâte d'argent à basse température est également applicable (HJT) . 2, sans contact : il s'agit d'une méthode de traitement sans contact, qui n'endommagera ni ne contaminera les composants de la batterie, pour aider à améliorer la qualité de la cellule, et dans le futur processus de film mince est certainement pointu. 3, production rapide : l'impression par transfert laser est une méthode de traitement à grande vitesse, qui peut améliorer l'efficacité de la production des cellules solaires. 4, adaptabilité multi-matériaux : cette technologie peut être appliquée à une variété de différents types de matériaux de batterie, y compris les matériaux organiques, les matériaux en silicium, etc. 5, contrôle des coûts : par rapport à la sérigraphie, l'impression par transfert laser de la grille est plus fine. , peut être réalisé en dessous de 18um Économies de pâte de 30 pour cent, la pâte d'argent double face de TOPCON, la pâte d'argent à basse température HJT sera due à la technologie de transfert laser pour réduire la consommation d'un grand nombre de pâte d'argent est devenue l'une des technologies importantes pour réduire les coûts et accroître l’efficacité.
Perforation laser
Le principe de la perforation laser consiste à utiliser la haute densité d'énergie du faisceau laser pour chauffer la zone locale du matériau à une température suffisamment élevée pour évaporer, fondre ou vaporiser le matériau afin de former des trous. La clé de la perforation laser consiste à contrôler la densité d'énergie, le temps d'exposition et la position de mise au point du laser pour garantir que le matériau est usiné avec précision dans le trou souhaité. Cette précision et cette densité d'énergie élevée rendent le perçage laser idéal pour de nombreuses applications industrielles, notamment la fabrication de cellules solaires dans l'industrie photovoltaïque. Différents types de lasers (par exemple, lasers CO2, lasers Nd:YAG, lasers femtoseconde, etc.) peuvent être utilisés pour différents types de matériaux et d'applications, le système laser approprié doit donc être sélectionné en fonction du besoin spécifique. La perforation laser a un large éventail d'applications dans l'industrie photovoltaïque, notamment dans le processus de fabrication de cellules solaires. Voici quelques-unes des principales applications de la perforation laser dans l’industrie photovoltaïque :
- Traitement des cellules : La perforation laser est couramment utilisée dans le traitement des cellules solaires. Ces petits trous peuvent être utilisés pour améliorer l’efficacité d’absorption de la lumière de la cellule et réduire les pertes par réflexion, augmentant ainsi l’efficacité de conversion photoélectrique (l’effet de lumière piégée). La perforation laser permet un traitement précis et efficace des plaquettes de silicium, des plaquettes de polysilicium et d'autres matériaux de cellules solaires.
- Connexions des cellules et des modules : Dans le processus d'assemblage des cellules solaires, des fils sont nécessaires pour connecter les cellules les unes aux autres. La perforation laser peut être utilisée pour créer des trous pour connecter les fils entre les cellules afin d'assurer un transfert de courant fluide entre les cellules et de réduire les pertes d'énergie. La perforation laser est également utilisée pour réaliser des trous et des points de connexion pour les supports, cadres et autres composants dans le processus de fabrication des modules solaires.
- Feuille arrière en verre photovoltaïque : étant donné que les modules photovoltaïques conventionnels utilisent uniquement du verre photovoltaïque pour la plaque de couverture, tandis que les modules à double verre utilisent du verre photovoltaïque pour la plaque de couverture et la plaque arrière, et le verre photovoltaïque de la plaque arrière doit être poinçonné à un endroit spécifique afin pour amener les amenées de courant du module photovoltaïque à la boîte de jonction. Par conséquent, la perforation des feuilles de support en verre PV est devenue un processus essentiel dans la production d’un traitement ultérieur.
Dans l’ensemble, la perforation laser est largement utilisée dans l’industrie photovoltaïque pour améliorer l’efficacité des cellules solaires, réduire les coûts de fabrication et améliorer la qualité des produits. Ces applications contribuent à promouvoir le développement de la technologie de l’énergie solaire et à promouvoir l’utilisation des énergies renouvelables. Il convient de noter que les applications spécifiques peuvent varier en fonction du processus de fabrication et du matériau. L'application réelle doit donc être basée sur la nécessité de sélectionner la technologie laser et les paramètres appropriés.
Ce qui précède ne sont que quelques-unes des applications des procédés laser dans l'industrie photovoltaïque, qui incluent bien sûr également le rainurage laser (XBC), l'ablation laser (PERC), etc.
Perspectives d'avenir:
À mesure que la technologie laser continue de progresser, nous pouvons prévoir davantage d’innovations qui feront encore progresser l’industrie photovoltaïque. Des matériaux photovoltaïques plus efficaces, des processus de production plus intelligents et davantage d’applications utilisant l’énergie photovoltaïque verront probablement le jour à l’avenir. Les nouvelles applications de la technologie laser dans l’industrie photovoltaïque ont non seulement augmenté la productivité, mais ont également amélioré les performances et la durabilité des modules. L'innovation continue dans cette technologie continuera de stimuler le développement des cellules solaires et de contribuer à un avenir énergétique propre. De plus, dans la fabrication photovoltaïque, la technologie laser améliore non seulement la productivité, mais réduit également la production de déchets, ce qui contribue à minimiser l'impact sur l'environnement. De plus, la technologie de nettoyage au laser ne nécessite aucun produit chimique, ce qui permet d'économiser de l'énergie et des ressources. Une technologie propre pour une industrie propre – merveilleux.
Enfin, la profondeur de la technologie laser est avant tout une question de compréhension. Les merveilles de la technologie laser ne sauraient être assez écrites.
