Unità di deflessione ad alte prestazioni per applicazioni fotovoltaiche complesse

RAYLASE presenta l’unità di deflessione ad alte prestazioni Superscan IV SOLAR che rappresenta l’ideale per la produzione dei wafer solari con tecnologia PERC, e studiata per i costruttori di macchine e integratori di sistemi che desiderano muoversi in questo mercato.

di Dan H. Racek

Lo sviluppo del settore dell’energia solare è ancora molto dinamico. Quello che è iniziato nel 1839 con la scoperta dell’effetto fotoelettrico fondamentale da parte di Alexandre Becquerel ed è proseguito nel 1883 con la costruzione delle prime celle solari da parte di Charles Fitts, oggi è un mercato fiorente e redditizio a livello mondiale. La decisione della Germania di abbandonare il nucleare ha riportato l’attenzione della politica sull’energia solare, se l’intenzione è quella di produrre circa l’80% del fabbisogno energetico da energie rinnovabili entro il 2050.

“Il futuro è fotovoltaico” non è più solo uno slogan

Il dottor Lee, Key Account Manager di RAYLASE, afferma: “L’esigenza mondiale di trovare soluzioni fotovoltaiche sempre più efficienti aumenta enormemente ogni anno. La richiesta di energia delle grandi economie come Cina e India è costantemente elevata e ancora non se ne vede la fine, piuttosto il contrario”.
In seguito a serie stime del portale di settore Solar Power Europe solo in Europa il fabbisogno di energia solare aumenterà del 20% fino al 2030, con conseguente incremento di 500.000 posti di lavoro nel settore del fotovoltaico. Già entro il 2022 il mercato del fotovoltaico europeo crescerà fino a 30 GW.

“E questo è solo il fabbisogno di energia solare stimato per l’Europa, è necessario sottolinearlo di nuovo” prosegue il dottor Lee, un grande esperto del mercato asiatico all’interno di RAYLASE. “In Cina stiamo già parlando di impianti giganteschi come, per esempio, il parco fotovoltaico Longyuanxia Damm, che con 4 milioni di pannelli solari produce circa 850 megawatt. E non si vede la fine: in importanti Paesi industrializzati come India, Giappone e Stati Uniti la capacità fotovoltaica cumulativa globale si triplicherà entro il 2022 fino a raggiungere 880 GW. Per non parlare della Cina, che entro il 2022 raggiungerà una capacità fotovoltaica fino a 320 GW”.

Uno sguardo più ravvicinato all’India mostra come già adesso esista un grosso potenziale di mercato fotovoltaico nella più grande democrazia del mondo. “Impianti come il parco fotovoltaico Pavagada producono 2.000 megawatt: abbastanza per fornire energia a 700.000 abitazioni. Già questo è impressionante, ma ora si provi a calcolare il fabbisogno energetico totale per questa popolazione di un miliardo di persone, la sua economia ancora in fase di crescita e la contemporanea svolta energetica avviata a livello mondiale. Allora forse sarà possibile farsi una vaga idea del potenziale di cui stiamo parlando”.

Celle fotovoltaiche altamente efficienti con tecnologia PERC

“Naturalmente lo sviluppo della tecnologia dei wafer solari prosegue costantemente da anni. E proprio in mercati del fotovoltaico particolarmente dinamici come la Cina si nota già oggi un utilizzo imponente dei wafer solari prodotti con processi innovativi come la tecnologia PERC”, aggiunge Wolfgang Lehmann, Product Manager presso RAYLASE.

“I wafer prodotti con il processo PERC sono attualmente più efficienti di oltre il 20% nella conversione fotovoltaica rispetto alle tradizionali celle fotovoltaiche BSF o HIT. Il rapporto International Technology Roadmap for Photovoltaic (ITRPV) prevede per le celle fotovoltaiche PERC una quota di mercato globale superiore al 70 % nel 2026 e in questi processi produttivi il laser svolge un ruolo decisivo”, aggiunge il dottor Lee.
Nei processi di produzione PERC (“Passivated Emitter Rear Contact”) si ottiene una maggiore efficienza di conversione dell’energia tramite uno strato di passivazione dielettrico (soprattutto Al2O3, SiO2, SiNx). Questo riduce la ricombinazione degli elettroni sul lato posteriore delle celle fotovoltaiche, dove gli elettroni subiscono una forte attrazione da parte dello strato di alluminio. Così aumenta il numero di elettroni che raggiunge l’emettitore frontale e viene incrementata la densità di corrente.
Il cosiddetto processo Laser Contact Opening (LCO) è un passaggio importante nella produzione di celle PERC. Consente di creare aperture di contatto sul lato posteriore passivante tramite ablazione laser. L’attenzione si concentra sulla rimozione selettiva di strati passivanti secondo un modello tratteggiato, puntiforme o lineare.

“Tipiche procedure per l’apertura del lato posteriore della cella sono il processo di rimozione meccanico o di corrosione chimica a umido. Dal punto di vista della velocità e delle scorie entrambe le procedure non sono praticabili (la seconda in particolare a causa dell’elevato numero di inquinanti)”, prosegue Wolfgang Lehmann. “Quindi il processo con il laser è ideale per la rimozione selettiva e senza contatto dello strato. Tuttavia, queste nuove tecnologie fotovoltaiche presentano anche nuove sfide particolarmente complesse per l’intero processo di produzione dei wafer solari”.

Processi di produzione innovativi per nuove potenzialità

Tecnologia PERC e simili: la maggiore efficienza del wafer giustificherà costi di produzione più elevati e soluzioni più costose? Massima velocità, massima dinamica e contemporaneamente massima precisione per l’impiego di una moderna tecnologia di costruzione dei wafer nella produzione industriale su larga scala: questo era l’obiettivo dello sviluppo di SUPERSCAN IV-SOLAR, che è stata ottimizzata per applicazioni come il processo PERC.

“Con SUPERSCAN IV-SOLAR RAYLASE offre esattamente l’unità di deflessione ideale per le future procedure di produzione dei wafer solari come la tecnologia PERC ai costruttori di macchine e integratori di sistemi che desiderano muoversi in questo mercato”, afferma il dottor Lee. “I tipici wafer da 6 pollici richiedono tra 100 e 300 linee incise al laser, ciascuna lunga circa 155 mm e di norma distribuite uniformemente tra 0,5 mm e 2 mm. La velocità di produzione necessaria richiesta dall’industria fotovoltaica è di circa 3.600 wafer all’ora, quindi meno di 1 secondo a wafer, per ottenere la quale lo scanner ad alta velocità deve assicurare una velocità di incisione superiore a 25 m/s”.
“Queste cifre mostrano che l’anello mancante nei processi PERC è una soluzione di scanner in grado di fornire simili prestazioni”, aggiunge Wolfgang Lehmann. “Con una velocità di incisione fino a 50 m/s, una precisione di ± 10 µm e la massima dinamica tramite gli specchi SiC, SUPERSCAN IV-SOLAR posiziona attualmente RAYLASE come leader mondiale in termini di prestazioni. Consente di aumentare la capacità produttiva e, di conseguenza, ridurre i costi di produzione!”.

3.600 wafer all’ora senza ridurre l’elevata qualità del prodotto

“SUPERSCAN-IV–SOLAR è molto flessibile. Se, per esempio, si desidera incidere i wafer velocemente ma anche con precisione, è possibile attivare la funzione SkyWriting per impedire accelerazioni dello scanner durante l’incisione e ottenere in tal modo una maggiore precisione. In questo modo è possibile mantenere gli impulsi del laser equidistanti tra di loro sia all’inizio che alla fine della linea di incisione. Possiamo raggruppare i segmenti di linea in una linea in modo che anche presso le “finestre” non si verifichino rallentamenti o accelerazioni. Qui entra in gioco la funzione “Dashed Line” che consente di modulare il laser solo nei punti corrispondenti”.
Un ulteriore vantaggio è l’interazione ottimale dell’unità di deflessione SUPERSCAN-IV SOLAR con la scheda di controllo SP-ICE-3 di RAYLASE. La scheda SP-ICE-3 consente l’attivazione di due unità scanner per disporre così di due campi di lavoro per poter incidere simultaneamente due wafer con la stessa geometria ma con diverso orientamento.
“Molti settori con diverse applicazioni possono trarre vantaggi da questa soluzione RAYLASE. Abbiamo sviluppato SUPERSCAN-IV SOLAR per il mercato del fotovoltaico, ma è un prodotto il cui impiego non si limita a questo settore. La nostra soluzione può essere implementata per ogni applicazione che richieda un’elevata velocità e precisione come, ad esempio, l’ablazione laser di materiali”, aggiunge il dottor Lee.

Massime prestazioni per soluzioni fotovoltaiche di prossima generazione

L’unità di deflessione a 2 assi SUPERSCAN IV-SOLAR è stata studiata per soddisfare le più stringenti richieste di alta velocità e precisione necessarie nella lavorazione delle celle fotovoltaiche.
Il controllo digitale della SUPERSCAN IV-SOLAR permette massime velocità fino a 50 m/s. La sua solida costruzione in blocco master consente di utilizzare potenze del laser fino a 2 kW. Inoltre, la scheda di controllo SP-ICE-3 e il relativo software di RAYLASE completano perfettamente la dotazione di controllo delle unità di deflessione tramite protocollo SL2-100 a 20 bit oppure protocollo XY2-100 a 16 bit. In questo contesto i costruttori di macchine e gli integratori di sistemi dispongono di un’ampia gamma di singole possibilità di configurazione. Sono disponibili lenti, finestre di protezione, substrati e rivestimenti degli specchi per tutti i comuni tipi di laser, lunghezze d’onda, densità di potenza, distanze focali e campi di lavoro.

Produzione di wafer solari per i mercati di oggi e di domani

Con prodotti come SUPERSCAN-IV-SOLAR, RAYLASE è pronta per applicazioni innovative. “E naturalmente lo sviluppo non si ferma”, afferma Wolfgang Lehmann. “Come già sottolineato, con SUPERSCAN-IV-SOLAR offriamo l’unità di deflessione ottimale per macchine destinate alla fabbricazione di wafer PERC. Inoltre, stiamo già pensando a un’ulteriore fase di test delle nostre unità scanner nel cosiddetto processo LDSE, acronimo di “Laser-Doped Selective Emitter”. Si tratta di un processo che porterà sicuramente a un ulteriore incremento delle prestazioni dei wafer solar”. Il mercato dell’energia fotovoltaica continua a crescere e di conseguenza i costruttori di macchine e gli integratori di sistemi, che ora possono sfruttare la nostra esperienza, avranno sempre più beneficio nella realizzazione dei loro sistemi.
“I prodotti RAYLASE sono già utilizzati da molti anni nelle soluzioni solari e fotovoltaiche. Il nostro primo cliente era un vero precursore del settore, che all’epoca ha acquistato solamente da noi le unità di deflessione. Oggi siamo partner di numerose imprese a cui non forniamo solo componenti hardware ma che sosteniamo anche attivamente nella realizzazione delle loro soluzioni. RAYLASE può offrire un intero portafoglio di soluzioni, dalle più convenienti con SUPERSCAN-IIE 15, a quelle con prestazioni di alto livello di SUPERSCAN-IV, fino alle soluzioni ultraveloci con UHSS-II.
Lavoriamo a stretto contatto con il cliente per supportarlo nell’incremento della produttività senza pregiudicare la precisione.
RAYLASE dispone della tecnologia per offrire prestazioni elevate, alta velocità e flessibilità, per soddisfare le esigenze della fabbricazione industriale di celle PERC”.

“Un ulteriore, importante valore aggiunto di un impianto di produzione di wafer dotato di tecnologia RAYLASE è rappresentato dal fatto che risulta efficiente e, di conseguenza, più economico di soluzioni analoghe”, dichiara il dottor Lee. “La ragione principale è che i prodotti della concorrenza sono disponibili o in versione analogica o completamente digitale: la prima consente un risparmio dei costi ma a scapito delle prestazioni e, di conseguenza, anche della concorrenzialità. Una soluzione completamente digitale, invece, è ancora molto costosa e proibitiva per molte imprese, soprattutto parlando di molteplici macchine per la produzione su larga scala”. I prodotti di RAYLASE, come SUPERSCAN IV–SOLAR o la scheda di controllo SP-ICE-3, possono essere installati anche in un ambiente semi-digitale, consentendo in tal modo una soluzione ideale ed equilibrata in termini di prestazioni ed efficienza.
“Da circa 10 anni abbiamo imparato dal mercato tedesco quanto sia importante questo equilibrio”, conclude Wolfgang Lehmann. “E oggi possiamo trasferire al settore del fotovoltaico le nostre esperienze maturate nell’ambito di diversi progetti realizzati nel passato, per sviluppare le soluzioni di domani insieme ai costruttori di macchine e agli integratori di sistemi”. Il dottor Lee conclude: “Questa volontà di trasferire tutta a nostra esperienza nei progetti dei nostri partner è anche espressa dal nuovo slogan dell’azienda: THE POWER OF WE. Sia per i clienti che abbiano già avuto esperienze nel campo del fotovoltaico in qualità di costruttori di macchine o integratori di sistemi, sia quelli che vogliano cimentarsi per la prima volta con la loro impresa in questo mercato del futuro, noi di RAYLASE siamo il partner ottimale per la progettazione e l’integrazione dei componenti hardware e l’assistenza nel settore delle unità di deviazione laser”.