태양광 산업에서의 레이저 응용
태양광(PV) 에너지 개발 및 활용에서 고정밀도와 효율성으로 유명한 레이저 기술이 점점 더 중요한 역할을 하고 있습니다. 이 기사에서는 PV 분야에서 레이저 기술의 다양한 응용 분야를 살펴보고 미래 개발 가능성에 대한 전망을 제시합니다.
레이저 절단
레이저 기술은 결정질 실리콘 절단에 널리 사용됩니다. 레이저 절단 매개변수를 정밀하게 제어함으로써 제조업체는 효율적이고 손실이 적은 웨이퍼 절단을 달성하여 PV 모듈의 효율성과 수율을 향상시킬 수 있습니다. 레이저 절단은 또한 태양 전지 제조 과정에서 사용되며, 레이저 에칭을 통해 미세 및 나노 규모의 표면 구조를 생성하여 빛 흡수를 향상시키고 셀 출력 전력을 증가시킵니다.
고정밀 공정인 레이저 절단은 실리콘 태양 전지를 원하는 크기로 자르는 데 사용됩니다. 기본 원리는 레이저 빔을 절단할 재료 표면에 집중시키는 것입니다. 재료는 광자 에너지를 흡수하여 국부적인 가열을 유발합니다. 레이저 에너지가 충분히 높으면 재료 표면이 녹거나 기화될 정도로 가열됩니다. 금속의 경우 녹고, 플라스틱이나 나무와 같은 비금속의 경우 일반적으로 기화됩니다.
레이저 도핑
레이저 도핑은 반도체, 특히 실리콘에서 전기적 특성을 변경하는 데 널리 사용되는 재료 가공 기술입니다. 핵심 원리는 고출력 레이저로 반도체 표면을 조사하여 기판을 국부적으로 녹이고 도펀트 재료(일반적으로 붕소 또는 인)를 실리콘 격자에 통합하는 것입니다.
주요 장점은 다음과 같습니다.
- 고정밀도: 레이저 도핑은 뛰어난 공간 분해능과 도핑 제어를 제공합니다.
- 비접촉 가공: 비접촉 방식이므로 기계적 손상이나 오염을 방지하여 고성능 장치에 이상적입니다.
- 높은 처리량: 공정이 빠르고 대량 생산에 적합합니다.
- 광범위한 재료 호환성: 실리콘, 갈륨 비소, 인듐 비소를 포함한 다양한 반도체에 적용 가능합니다.
레이저 전사 인쇄(패턴 전사 인쇄, PTP)
레이저 패턴 전사 인쇄는 새롭게 부상하는 비접촉 인쇄 기술입니다. 원리는 원하는 페이스트를 유연하고 투명한 캐리어에 코팅한 다음 고출력 레이저 빔을 사용하여 캐리어에서 셀 표면으로 페이스트를 선택적으로 빠르게 전사하여 미세한 그리드 라인을 형성하는 것입니다.
주요 공정 단계는 다음과 같습니다.
- 기판 준비: 기판에는 일반적으로 전기를 수집하고 전도하기 위한 투명 전도성 산화물(TCO) 층이 포함됩니다.
- 레이저 조사: 레이저 빔이 기판 위를 정밀하게 스캔하여 국부적으로 소결하거나 패턴을 형성하여 원하는 전극 구조를 형성합니다.
- 층 적층: 활성층과 전극은 레이저 전사를 통해 층별로 전사할 수 있습니다.
- 캡슐화: 최종 셀은 성형 및 캡슐화를 통해 형성됩니다.
장점은 다음과 같습니다.
- 고정밀도: 우수한 균일성으로 2μm 미만의 패턴을 달성할 수 있으며 고효율 태양 전지에 이상적입니다. 저온 은 페이스트(HJT 셀에 사용)와 호환됩니다.
- 비접촉 가공: 셀 손상 또는 오염을 방지하여 더 얇은 웨이퍼 기술을 지원합니다.
- 고속 제조: 빠르고 높은 처리량의 생산을 가능하게 합니다.
- 다중 재료 적응성: 유기물 및 실리콘 기반 기판을 포함한 다양한 재료와 호환됩니다.
- 비용 절감: 스크린 인쇄에 비해 레이저 전사를 사용하면 그리드 라인이 더 좁아져(최대 18μm) 은 페이스트 소비량을 최대 30%까지 줄일 수 있습니다. 이는 양쪽에 값비싼 은 페이스트를 사용하는 TOPCon 및 HJT 셀에 특히 유리합니다.
레이저 드릴링
레이저 드릴링은 고에너지 밀도 레이저 빔을 사용하여 재료의 국부 영역을 녹거나 기화 또는 절제될 때까지 가열하여 구멍을 형성합니다. 에너지 밀도, 노출 시간 및 초점 위치와 같은 주요 매개변수를 정확하게 제어하여 정확한 구멍 형성을 보장해야 합니다. 재료 유형 및 응용 분야에 따라 다양한 레이저(CO₂, Nd:YAG, 펨토초 등)가 선택됩니다.
태양광 분야에서 레이저 드릴링은 다음과 같은 몇 가지 중요한 응용 분야를 가지고 있습니다.
태양 전지 가공
- : 레이저 드릴링은 셀 표면에 미세 구멍을 형성하여 빛 포획을 향상시키고 반사 손실을 줄여 변환 효율을 향상시킬 수 있습니다. 실리콘 웨이퍼, 다결정 셀 및 기타 태양광 재료에 적합합니다.셀 및 모듈의 상호 연결
- : 레이저 드릴링은 셀 간의 전기적 연결을 위한 비아 홀을 생성하여 원활한 전류 흐름을 보장하고 에너지 손실을 최소화하는 데 사용됩니다. 또한 모듈 프레임 및 커넥터에 대한 구조적 구멍 제작을 지원합니다.태양광 유리 백 패널
- : 이중 유리 PV 모듈에서 전면 및 후면 패널은 모두 유리로 만들어집니다. 후면 패널은 정션 박스에 전기 리드를 연결하기 위해 정밀한 구멍 드릴링이 필요하므로 레이저 드릴링은 유리 심층 가공에 필수적인 공정입니다.결론
레이저 드릴링 및 기타 레이저 공정은 태양 전지 효율을 개선하고 제조 비용을 절감하며 제품 품질을 향상시키는 데 중요한 역할을 합니다. 이러한 기술은 태양 에너지의 발전에 크게 기여하고 재생 에너지원의 광범위한 채택에 기여합니다.
태양광의 레이저 응용 분야는 위에 언급된 공정을 넘어
레이저 그루빙(예: XBC 셀용) 및 레이저 절제(PERC 셀 생산에 사용)과 같은 기술을 포함한다는 점에 유의할 가치가 있습니다.관련 제품
