Hochleistungs-Femtosekundenlaser steigert effizient die großflächige Strukturierung von BC-Zellen für eine kostengünstige Massenproduktion

In den letzten Jahren stand die Forschung und Entwicklung der Batterietechnologie im Mittelpunkt der Entwicklung der Photovoltaikindustrie. Um eine höhere Batterieumwandlungseffizienz zu erreichen, gilt die BC-Batterietechnologie als aktuelle Photovoltaikindustrie, der Technologieweg, der große Besorgnis erregt In den nächsten 3-5 Jahren werden kristalline Siliziumbatterien die neuen Mainstream-Produkte sein. In jüngster Zeit gab es eine Reihe hitziger Diskussionen und Debatten auf dem Markt, das BC-Batteriekonzept heizt sich weiter auf.

Es ist erwähnenswert, dass trotz der erheblichen Vorteile der BC-Batterietechnologie ihre technischen Schwierigkeiten und Ausrüstungskosten immer noch unsere aktuellen Herausforderungen darstellen. BC-Batterien erfordern 2-3 Laserprozesse pro GW-Produktionslinie und der Gesamtwert der Ausrüstung beträgt 60-70 Millionen RMB. In diesem Zusammenhang ist die Bedeutung des Kernprozesses der BC-Batterie – der Lasergrafikbearbeitung – besonders hervorzuheben. Aufgrund ihrer hervorragenden Leistung wird die Lasertechnologie an verschiedenen Strukturrealisierungstechnologien von BC-Batterien beteiligt sein. Die Integration von Femtosekunden-/Pikosekundenlaser und BC-Zellentechnologie wird eine neue Runde von Entwicklungsmöglichkeiten für Photovoltaik-Zellenlasergeräte darstellen.
Welche Vorteile bietet die BC-Zelle an der Spitze der Pyramide?
Wissenschaftler haben dieses Konzept bereits 1975 mit der BC-Technologie vorgeschlagen, und in den 48 Jahren verlief die Entwicklung relativ langsam, hauptsächlich aufgrund der sehr hohen Kosten für die Solarzellenstruktur des verwendeten Photolithographieprozesses, was zu einer Popularisierung führte der Anwendung ist begrenzt. Die sogenannte BC-Batterie, also Back Contact (Rückkontakt)-Batterie, ist der aktuelle Oberbegriff für alle Arten von Rückkontaktstrukturen kristalliner Silizium-Solarzellen. Umfasst hauptsächlich IBC, HBC, TBC, ABC, HPBC und so weiter.
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Das Prinzip der BC-Zelle besteht darin, dass auf ihrer Oberfläche keine Gitterlinie vorhanden ist und die positiven und negativen Elektroden auf der Rückseite der Zelle kreuzweise angeordnet sind, wodurch der durch die Elektrodengitterlinie verursachte Abschattungsverlust reduziert und maximiert wird die Nutzung von Sonnenlicht.
Drei Vorteile der BC-Batteriestruktur
01 Hohe Effizienz, großes Verbesserungspotenzial
Der PN-Übergang und die Elektrodengitter auf der Vorderseite der Zelle werden auf die Rückseite der Zelle übertragen, wodurch die Blockierung des einfallenden Lichts durch die Elektrodengitter um 3-5 % reduziert wird und das Material auf der Vorderseite eine bessere Leistung erbringen kann Lichtabsorptions- und Passivierungsleistung zur Verbesserung der Gesamteffizienz der photoelektrischen Umwandlung;
02 Reines Erscheinungsbild, verbessert die Ästhetik
Keine Gitterlinien auf der Vorderseite der Batterie, reines Erscheinungsbild, verbesserte Ästhetik, Produktdifferenzierung, anwendbar auf verteilte PV-Szenarien; Die Struktur der Rückseite weiter zu verbessern, um die Bifacial-Rate zu verbessern, ist auch auf Mainstream-Großkraftwerke anwendbar, der Markt ist breit.
03 Gute Vielseitigkeit, Verbesserung der Effizienz und Reduzierung der Kosten
Die BC-Technologieplattform ist vielseitig einsetzbar und kann mit verschiedenen Materialsystemen (PERC, TOPCON, HJT, gestapelte Zellen usw.) kombiniert werden, um die Effizienz kontinuierlich zu verbessern und die Kosten zu senken.
Mit diesen drei Vorteilen belegten BC-Komponenten kürzlich die wichtigste Vergleichsplattform für Komponenteneffizienz der Branche – Taiyang News-Rangliste mit einem maximalen Wirkungsgrad von 24 %; Die inländische Massenproduktion von BC-Batteriemodulen ab 2022 mit einer Produktionskapazität von über 40 GW steht kurz vor dem Eintritt in eine Phase schnellen Wachstums. Mit der Förderung der Massenproduktion durch führende Hersteller nimmt die Reife der vor- und nachgelagerten Industriekette zu, es werden immer mehr Hersteller von TOPCON- und HJT-Stärken in das Forschungs- und Entwicklungs- und Pilotprogramm BC-Technologie einbezogen, die Windrichtung der Branche ist klar.
Obwohl BC-Batterien an der Spitze der Technologiepyramide stehen, schränken ihre große, komplexe, hochpräzise Grafik als Kern des Prozesses, die Schwellenwerte und die hohen Kosten in gewissem Maße die Popularität dieser Technologie ein. Das Lasergrafikbearbeitungsverfahren ist heutzutage das wirtschaftlichste Bearbeitungsverfahren, was auch bedeutet, dass die Laserbearbeitungstechnologie der größte Nutznießer auf dem Weg zur Realisierung des Massenproduktionsprozesses von BC-Batterien sein wird.
Anforderungen und Herausforderungen der Lasertechnologie für BC-Batterien
Der Hauptgrund dafür, dass das BC-Batterieverfahren nicht populär gemacht wurde, ist, dass das Verfahren komplexer ist und der Schlüssel in der lokalen Dotierung und den Metallelektroden auf der Rückseite der Batterie liegt. Mit der rasanten Entwicklung der Lasertechnologie lässt sich auch ihr Potenzial in der industriellen Bearbeitung erkennen. Mit den Vorteilen Präzision, Geschwindigkeit, Nullkontakt und guter thermischer Kontrollwirkung ist der Laser zum Hauptprozessmittel des BC-Batterieprozesses geworden.
Derzeit erfordert das gängige TOPCON-Poly-Si-HJT-a-Si-Materialsystem mehrere grafische Ätzbehandlungen der rückseitigen mehrschichtigen nm-Filmschicht bei der Herstellung der BC-Zellenstruktur und erfordert daher einen Verarbeitungsprozess mit Ätzgenauigkeit auf nm-Ebene Thermodiffusionssteuerung, grafische Steuerungsgenauigkeit auf Um-Ebene und Einzelchip-Verarbeitungszeit der zweiten Ebene (die Verarbeitungszeit ist hauptsächlich umgekehrt proportional zur Punktgröße und Laserfrequenz).
BC-Batterie auf den Kern der fünf wichtigsten Anforderungen an Laserbearbeitungsgeräte
01 Große Spotgröße
Eine große Punktgröße erfordert eine starke Laserpulsenergie;
02 Schnelle Scangeschwindigkeit
Schnelle Scangeschwindigkeit, die Notwendigkeit, eine hohe Pulsfrequenz zu verwenden, die Gesamtleistung des Lasers;
03 Gute Punktgleichmäßigkeit
Gute Punktgleichmäßigkeit, Verbesserung der Qualität des Laserlichts und Gewährleistung einer hohen Genauigkeit des optischen Pfadsystems;
04 Geringe thermische Belastung und Beschädigung
Hohe Präzision, geringe Beschädigung und geringe thermische Belastung erfordern ultrakurze Laserpulse und ultrahohe Spitzenleistungen;
05 Kosten und Upgrade
Niedrige Kosten und Upgrade-Iterationsgeschwindigkeit, was eine hohe Lokalisierungsrate der Laser erfordert.
Die oben genannten Punkte 1 und 2 deuten auf hohe Leistung und hohe Produktivität hin, die Punkte 3 und 4 auf hohe Präzision und hohe Leistung und Punkt 5 stellt die Entwicklungs- und Betriebseffizienz der gesamten Technologie sicher. Nach dem ersten Prinzip ist der Kern der Laserprozessausrüstung der Laser, den nur unabhängige Forschung und Entwicklung, Technologie und kostenkontrollierbare Hochleistungslaser erfüllen können.
Ultraschneller Laser in der BC-Batterie zum effizienten Ätzen offener Filme
Ultraschneller Laser bezieht sich auf den Lasertyp, dessen Ausgangsimpulsbreite weniger als 10-12s beträgt, einschließlich Pikosekunden, Femtosekunden und Attosekunden. Frühe Photovoltaik-Mitarbeiter versuchten, die Laserbearbeitung im Nanosekundenbereich (10-9s) zu verwenden, wobei Laserenergie zum Schmelzen des Materials verwendet wurde Die Kante des verarbeiteten Materials hat eine große thermische Belastung und ist anfällig für Rückstände, Ablagerungen, Mikrorisse und andere Schäden, was den Anforderungen des Massenproduktionsprozesses der BC-Batterie nicht gerecht wird. Daher wurde dieser Prozess nicht massiv gefördert. Den Recherchen des Autors zufolge gibt es jedoch Unternehmen, die neue Lösungen vorgeschlagen und bestimmte Ergebnisse erzielt haben, und man geht davon aus, dass diese Programme in naher Zukunft universell eingesetzt werden können.