Einfluss zweier wichtiger Schneidtechnologien auf Mikrorisse und Effizienz in Solarzellen

Da die Fertigungstechnologie in der Solarindustrie immer ausgereifter wird, sind verschiedene Technologien zum Zellschneiden entstanden, um eine höhere Effizienz bei der Stromerzeugung zu erreichen. In diesem Artikel werden zwei weit verbreitete Technologien verglichen und analysiert: Thermal Laser Separation (TLS) und Laser Scribing and Cutting (LSC).

Thermische Lasertrennung (TLS)

Beim TLS-Verfahren wird ein Laserstrahl auf einen kleinen Punkt fokussiert, wodurch eine extrem hohe Energiedichte entsteht. Wenn der Laserstrahl das Material bestrahlt, wird die Energie absorbiert und in Wärmeenergie umgewandelt, was zu einer schnellen lokalen Erwärmung führt. Wenn die Temperatur den Schmelz- oder Siedepunkt des Materials erreicht, verdampft, schmilzt oder verdampft das Material und bildet einen Schnitt auf der Oberfläche. Anschließend erfolgt die mechanische Spaltung entlang des Schnittes. Mit der TLS-Technologie kann eine kleinere Wärmeeinflusszone erreicht werden, was zu einer minimalen Schädigung des Materials führt.

Laserritzen und -schneiden (LSC)

Beim LSC-Verfahren tastet ein Laserstrahl mit einer bestimmten Geschwindigkeit und Leistung die Materialoberfläche ab und bildet dabei eine durchgehende Ritzlinie. Das Material im geritzten Bereich dehnt sich aufgrund der Laserenergie aus, schmilzt oder verdampft und bildet einen schmalen Schnitt. Während sich der Laserstrahl bewegt, dehnt sich der Schnitt allmählich aus und trennt schließlich das Material.

Unter Effizienzgesichtspunkten haben weder die TLS- noch die LSC-Schneideverfahren einen wesentlichen negativen Einfluss auf die Effizienz. Die Effizienz von Zellen, die mit LSC- und TLS-Techniken geschnitten wurden, verringerte sich bei Halbzellen um 0,5–0,8 %. Nach Berücksichtigung der Testunterschiede ist der tatsächliche Effizienzabfall minimal und es gibt praktisch keinen Unterschied zwischen Vollzellen und Halbzellen.

Das folgende Diagramm vergleicht die Anwendung beider Technologien auf Zellen und Modulen:

Hinweis: Diagramm (a) zeigt die vordere und hintere Bruchspannung von drei Zelltypen und Diagramm (b) zeigt die Bruchspannung von Modulen, die aus den entsprechenden Zellen hergestellt wurden.

Insgesamt weisen LSC-Halbzellen sowohl in den Zell- als auch in den Modulsegmenten eine geringere Belastung auf, während TLS-Halbzellen und Vollzellen ähnliche Belastungsniveaus aufweisen. Dieses Experiment zeigt außerdem, dass LSC erhebliche Schäden an der Rückseite der Zelle verursacht, die mechanische Belastung des Moduls beeinträchtigt und die mechanische Festigkeit von Halbzellen erheblich verringert. TLS-Zellen zeigen im Vergleich zu Vollzellen weder vor noch nach der Spaltung eine Verringerung der Bruchspannung.

Das folgende Diagramm verdeutlicht den Unterschied der Mikrorisse nach einem Biegetest:

Vollzellen und TLS-Halbzellen: Mikroriss-Ursprungspunkte (rote Kästchen) befinden sich an den Sammelschienen-Pad-Punkten auf der Zelloberfläche und nicht an den Rändern.

LSC-Halbzellen: Die Ursprünge von Mikrorissen sind an den Kanten konzentriert und entlang der Kantenlinie verstreut, ohne die Sammelschiene zu überschneiden.

Daher sind aus Ertragssicht die Unterschiede in der mechanischen Beschädigung die Hauptfaktoren, die Mikrorisse und Fragmentierung beeinflussen. Durch das LSC-Verfahren entstehen erhebliche mechanische Schäden an den Schnittkanten, wobei das Schadensausmaß von hinten nach vorne abnimmt. Nach dem TLS-Halbzellenprozess bleiben die elektrische Leistung und die mechanische Festigkeit von Halbzellen im Vergleich zu Vollzellen weitgehend unverändert.

Insgesamt erzielt die TLS-Technologie (Thermal Laser Separation) eine bessere Leistung, verursacht weniger mechanische Schäden und bewahrt die Zellleistung weitestgehend. Derzeit nutzen folgende Modulprodukte diese Technologie:

	Meistverkaufte Solarpanel-Modelle
Marke	Serie	Modell	Leistung (W)	Typ
LANG	Hallo Mo 6	LR5-72HTH-M	585	Mono
		LR5-72HTHF-M	590	Anti-Staub
		LRS-54HTB-M	435	Vollschwarz
JinKo Solar	TigerNeo	JKMM-72HL4-V	590	Mono-Gesichtsbehandlung
		JKMN-54HL4R-B	440	Vollschwarz
Kanadische Solar	TOPBiHiKu 7	CS7N TB-AG	700	Bifacial
	TOPBiHiKu 6	CS6W TB-AG	585	Bifacial
JA Solar	DeepBlue4.0	JAM54D41-LB	440	Bifacial, Vollschwarz

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