高出力フェムト秒レーザーがBCセルの大面積パターニングを効率的に強化し、低コストの大量生産を実現

近年、太陽光発電産業の発展の焦点は電池技術の研究開発であり、より高い電池変換効率を追求するために、BC電池技術は現在の太陽光発電産業として非常に注目されている技術路線であると考えられています。今後 3-5 年間、新しい主流製品となる結晶シリコン電池が登場します。 最近、市場では一連の熱い議論や議論が行われ、BC バッテリーのコンセプトが加熱し続けています。

BC バッテリー技術には大きな利点があるにもかかわらず、その技術的な難しさと設備コストが依然として現在の課題であることは注目に値します。 BC バッテリーには GW 生産ラインあたり 2-3 回のレーザー加工が必要で、装置の総額は 60-70 百万人民元です。 この文脈では、BC バッテリーのコアプロセスであるレーザーグラフィック処理の重要性が特に際立っています。 レーザー技術はその優れた性能により、BC電池のさまざまな構造実現技術に関与すると考えられます。 フェムト秒/ピコ秒レーザーとBCセル技術の統合は、太陽電池レーザー装置開発の新たな機会となるでしょう。
ピラミッドの先端にあるBC細胞の利点は何ですか？
BC テクノロジーは 1975 年には科学者によってこの概念が提唱され、その後 48 年間、開発は比較的遅かった。これは主に太陽電池の構造に使用されるフォトリソグラフィープロセスのコストが非常に高かったためであり、その結果、普及が進んだ。アプリケーションの制限があります。 いわゆるBC電池、つまりBack Contact（バックコンタクト）電池とは、現在では結晶シリコン太陽電池の裏面コンタクト構造の総称です。 主にIBC、HBC、TBC、ABC、HPBCなどが含まれます。
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出典: pixabay
BCセルの原理は、表面にグリッド線がなく、セルの裏面に正極と負極が交差配置されているため、電極グリッド線によるシェーディングロスを低減し、最大限の効果を発揮します。太陽光の利用。
BC電池構造の3つのメリット
01 高効率、大きな改善の余地
セルの前面にある PN 接合と電極グリッドがセルの背面に移動するため、電極グリッドによる入射光の遮断が 3-5% 減少し、前面の材料がより優れた性能を発揮できるようになります。全体的な光電変換効率を向上させるための光吸収および不動態化性能。
02 純粋な外観、美しさを高める
バッテリーの前面にグリッド線がなく、純粋な外観で美観が向上し、製品の差別化が図られ、分散型 PV シナリオに適用可能です。 裏面の構造をさらに改良して両面受光率を高めることは、主流の大規模発電所にも適用可能であり、市場は広い。
03 優れた汎用性、効率の向上とコストの削減
BC テクノロジー プラットフォームは優れた汎用性を備えており、さまざまな材料システム (PERC、TOPCON、HJT、スタック型セルなど) と組み合わせることで、継続的に効率を向上させ、コストを削減できます。
これら 3 つの利点により、BC コンポーネントは最近、業界の主要なコンポーネントの効率比較プラットフォーム - Taiyang News のランキングでトップを占め、最大効率は 24% です。 国内BC電池モジュール量産は2022年から、生産能力は40GW以上となり、まさに急成長期を迎えようとしている。 大手メーカーが量産を推進する中、業界チェーンの上流と下流の成熟度が高まっており、トプコンやHJTの強みを持つメーカーがBC技術の研究開発やパイロットプログラムに含まれることが増えており、業界の風向きは明らかだ。
BC 電池は技術ピラミッドの先端を占めていますが、その背後にあるプロセス閾値の核となる大規模で複雑な高精度グラフィックスと高コストがこの技術の普及をある程度制限しています。 レーザーグラフィック加工プロセスは現在最も経済的な加工方法であり、これはレーザー加工技術がBCバッテリーの量産プロセスを実現する上で最大の恩恵を受けることを意味します。
BC バッテリーのレーザー技術の要件と課題
BC 電池プロセスが普及していない主な理由は、プロセスがより複雑であり、その鍵は電池の裏側の局所ドーピングと金属電極にあります。 レーザー技術の急速な発展により、人々は工業処理におけるその可能性を理解できるようになりました。 精度、速度、ゼロコンタクト、優れた熱制御効果などの利点により、レーザーはBCバッテリープロセスの主要なプロセス手段となっています。
現在、主流のTOPCON Poly-Si \ HJT a-Si材料システムでは、BCセル構造の製造において裏面多層nm膜層の複数回のグラフィカルエッチング処理が必要となるため、nmレベルのエッチング精度と、熱拡散制御、μm レベルのグラフィック制御精度、および第 2 レベルのシングルチップ処理時間 (処理時間は主にスポット サイズ、レーザー周波数に反比例します)。
レーザー加工装置の5大要件の中核となるBCバッテリー
01 大きなスポットサイズ
大きなスポットサイズには強力なレーザーパルスエネルギーが必要です。
02 高速スキャン速度
速いスキャン速度、高いパルス周波数を使用する必要性、レーザーの総出力。
03 良好なスポット均一性
良好なスポット均一性、レーザー光の品質を向上させる必要があり、光路システムが高精度であることを保証する必要がある。
04 熱影響や損傷が少ない
高精度、低損傷、低熱影響には、超短レーザーパルスと超高ピークパワーが必要です。
05 コストとアップグレード
低コストで反復速度が向上するため、レーザーの高い位置特定率が必要になります。
上記のポイント 1 と 2 はハイパワーと高生産性を示し、ポイント 3 と 4 は高精度と高性能を示し、ポイント 5 は技術全体の開発と運用の効率を確保します。 第一の原理から、レーザー加工装置の核心はレーザーであり、独自の研究開発、技術、およびコスト制御可能な高出力レーザーのみが満たすことができます。
BCバッテリーの超高速レーザーによる効率的なエッチングオープンフィルム
超高速レーザーとは、ピコ秒、フェムト秒、アト秒など、出力パルス幅が 10-12 秒未満のタイプのレーザーを指します。 初期の太陽光発電担当者は、ナノ秒 (10-9 秒) レーザー加工を使用しようとしました。これは、レーザー エネルギーの熱蓄積を利用して材料を溶かすもので、パルス持続時間は長いですが、材料内で熱蓄積伝導が発生するため、加工された材料の端は熱影響が大きく、残留物、破片、微小亀裂、その他の損傷が発生しやすく、BC 電池の量産プロセスのニーズを満たすことができません。 したがって、このプロセスは大々的に推進されていません。 しかし、著者の調査によれば、新たなソリューションを提案して一定の成果を上げている企業もあり、近い将来、これらのプログラムが汎用化される可能性があると考えられる。