WP2 - Laser Processing

Obiettivi

Il laser, rispetto ad altre tecniche più classiche, permette di:

• corrispondere energia alle celle selezionando in maniera molto più efficiente e precisa la porzione di materiale in cui fare lo scambio energetico;
• ottenere un processo molto più rapido;
• ottenere un grado di libertà nella quantità di energia rilasciata

Per le lavorazioni di celle e film di spessori molto inferiori al millimetro, o nell'integrazione dei panelli di queste celle, questi sono fattori cruciali. Tali fattori possono essere utilizzati per diversi processi che concernono la lavorazione della cella e del pannello stesso, quali ad esempio lo scribing, l’edge insulation, la saldatura.

Task 2.1: Connessione e integrazione di celle e stringhe

Sviluppo di una tecnica di saldatura che sia il meno invasiva possibile, senza contatto meccanico o con contatto ridotto al minimo, con precisione nella selezione dell'area e della profondità di fusione maggiore.

La connessione di celle e stringhe portata avanti si sviluppa in due tecnologie per il fotovoltaico.

La prima parte si sviluppa sulla connessione di celle di primea generazione attraverso la salidatura laser dei ribbon sui fingers.

L’utilizzo di una sorgente laser di potenza permette di ottenere una saldatura senza contatto in sostituzione delle classiche metodologie con l’utilizzo di sistemi di saldatura meccanici.

La seconda tecnologia sviluppata si adatta alla connessione per celle a film sottile di seconda generazione.

Nelle rimozione selettiva di un film da un altro il nostro gruppo ha introdotto LISA (laser induceed strain ablation )una tecnica alternativa al sistema meccanico classico o alla tecnologie laser utilizzate dagli altri gruppi.

LISA si basa sull’induzione di stress meccanici dovuti all’espansione termica ottenuta grazie al riscaldamento di un film attraverso l’interazione con un impulso laser. Utilizzando una sorgente laser NIR, in un regime di Q-CW, si sollecita termicamente, in maniera selettiva, un solo film in maniera significativa. Il gradiente termico indotto, crea un espansione termica in un area ristretta e limitata allo spessore del film selezionato. Gli stress meccanici indotti dall’espansione termica non sono tali da creare rotture nel materiale espanso, ma sono sufficienti per strappare un film da quello sottostante senza apportare modifiche morfologiche sostanziali agli strati che non devono essere eliminati.

Task 2.2: Microlavorazioni attraverso impulsi ultracorti

Il laser agisce selettivamente nel silicio e nei film per indurre ablazione, vaporizzazione e processi non termici come l’assorbimento non lineare e la ionizzazione ottica.

Gli impulsi ultracorti sono principalmente studiati per ridurre gli effetti termici introdotti nell’interazione laser-materia. La riduzione sensibile dell’impatto termico è legata principalmente alle caratteristiche di diffusione in funzione con la durata temporale dell’impulso.

Sfruttando tale caratteristica gli impulsi ultraveloci portano notevoli benefici nelle microlavorazioni del fotovoltaico.

Tale task si propone di analizzare le opportunità di utilizzo delle sorgenti a impulsi ultracorti

per le fasi P1, P2 e P3 nelle lavorazioni delle celle a film sottile

per la strutturazione del dielettrico utilizzato in fase di passivazione delle celle al silicio

ridurre gli effetti termici (ad esempio diffusione non controllata dei droganti) dell’edge insulation

Task 2.3 Microfusione e doping

Si possono indurre sia particolari modifiche strutturali al materiale che la diffusione dei droganti all'interno del silicio.

Attraverso il controllo di durata e penetrazione termica dell’impulso laser all’interno di un bulk di semiconduttore, si possono controllare i processi di microfusione e di doping. In particolare quest’ultimo riveste fondamentale importanza nel doping della giunzione.

La tecnologia laser sviluppata per il doping non è competitiva con altre tecnologie per quanto riguarda il doping di ampie superfici, ma contiene un valore aggiunto per quanto riguarda il doping selettivo lungo i finger o in generale nelle zone critiche come quelle di contattatura, di giunzione o di taglio. In particolare potendo agire puntualmente in queste zone in maniera selettiva, si può indurre con maggiore precisione spaziale un doping diverso più idoneo alle zone di contattatura o di eliminazione del materiale.

Obiettivo di questo task è di sviluppare maggiormente questa tecnologia. Inoltre tale task è volto alla ricerca di tecniche che possano rendere il doping scalabile anche per le ampie superfici, in competizione con le tecniche che attualmente si usano in fase di produzione.

WP2 - Laser Processing Responsabile: prof. Paolo Villoresi University of Padua Department of Information Engineering, Via Gradenigo, 6/B - 35131 Padova Telefono +39 049 827 7644 - Email: paolo.villoresi[at]dei.unipd.it