En todo el mundo se producen ya varios millones de obleas de silicio al día para la industria fotovoltaica, y la demanda está aumentando considerablemente. Al mismo tiempo, la industria está cambiando cada vez más su producción a formatos de oblea más grandes. La producción de estas células solares con una longitud de borde de hasta 210 milímetros, manteniendo como mínimo la misma calidad y la misma frecuencia de ciclo, plantea nuevos retos a los fabricantes de sistemas, en particular para el procesamiento por láser.
Para que este paso del proceso no se convierta en un cuello de botella en el futuro, un equipo de investigación del Instituto Fraunhofer de Sistemas de Energía Solar ISE ha desarrollado un nuevo concepto de sistema junto con socios industriales. Se basa en la hábil combinación de procesamiento "sobre la marcha" con tecnología de escaneado ultrarrápida, fuentes láser ultrarrápidas, óptica de alta gama y tecnología de sensores. Tras el éxito de la demostración en 2022, con un rendimiento efectivo de más de 15.000 obleas por hora, ahora se está utilizando otro prototipo en el Fraunhofer ISE, que utiliza longitudes de onda UV y promete estructuras especialmente pequeñas.
"La característica especial de la configuración del demostrador es que las piezas de trabajo grandes pueden procesarse muy rápidamente y con estructuras de pequeño tamaño", afirma Jale Schneider, director del proyecto en el Fraunhofer ISE. "Un gran campo de visión, un procesamiento rápido y estructuras finas: la idea de que sólo se pueden tener dos de estas tres propiedades al mismo tiempo está firmemente anclada en la industria del procesamiento de materiales por láser. Con este sistema, hemos cumplido los tres requisitos al mismo tiempo".
Obleas de 210 mm
El demostrador procesa formatos de oblea de hasta tamaño M12 (210 x 210 milímetros) con estructuras de menos de 15 micrómetros. Esto es un 30% más pequeño que las estructuras realizadas en los sistemas actuales, que también trabajan con longitudes de onda en la gama UV.
En comparación con sistemas aún más comunes basados en longitudes de onda IR, las estructuras son incluso tres veces más pequeñas. En el caso de las aberturas de contacto ablacionadas por láser, por ejemplo, la anchura reducida da lugar a caminos conductores más estrechos, lo que reduce drásticamente la cantidad de material necesario para la metalización.
Para construir el prototipo, MOEWE Optical Solutions construyó un escáner poligonal ultrarrápido para longitudes de onda UV con una frecuencia de línea de hasta 1800 líneas por segundo. "El uso del escáner poligonal permite procesar las obleas entre 10 y 20 veces más rápido que con los escáneres galvanométricos convencionales", afirma Florian Rößler de MOEWE Optical Solutions.
Láser ultravioleta
EdgeWave ha desarrollado un láser UV que permite una alta velocidad de repetición de hasta 10 megahercios con una energía de pulso máxima de 5,6 micro julios y secuencias de pulsos completamente arbitrarias. "La realización de una función de 'pulso bajo demanda' es un reto, pero esencial para los crecientes requisitos del procesamiento de materiales por láser", añade Keming Du, de EdgeWave.
Para hacer realidad el potencial del escáner y el láser ultrarrápidos, el Fraunhofer ISE los integró junto con ópticas de alta gama, un eje y un sistema de guiado del haz para crear un sistema. La configuración se está utilizando actualmente para probar nuevos regímenes de proceso y determinar el aumento del rendimiento.
Los futuros temas de desarrollo abordan la sincronización y las precisiones absolutas de los componentes del sistema, que deben tenerse especialmente en cuenta a velocidades tan altas y con estructuras tan pequeñas.
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