Lavorazioni laser e il settore del fotovoltaico

Novara - Con la crescita del settore del fotovoltaico, l'uso della tecnologia laser si è rivelato vitale per orientare sia l'efficienza delle celle fotovoltaiche sia i tempi e i rendimenti di lavorazione nella produzione di questi componenti.

L'energia solare è indispensabile per il mix energetico del presente e del futuro. Per garantire che i sistemi fotovoltaici siano in grado di competere con i combustibili fossili convenzionali, è necessario ridurre i costi di produzione dei moduli fotovoltaici e aumentare l'efficienza delle celle solari. La tecnologia laser gioca un ruolo chiave nella produzione economica su scala industriale di celle solari di alta qualità. L’Istituto per la Tecnologia Laser Fraunhofer di Aquisgrana, in Germania, è uno dei centri all’avanguardia per lo sviluppo di processi laser industriali e dei componenti meccanici necessari per un processo di produzione di celle solari conveniente con un’elevata efficienza di processo. In Italia, una delle aziende leader del settore della produzione dei macchinari laser è invece Evlaser, fondata nel 1978 a Fiorano al Serio, nel bergamasco, che dal 2017 fa parte del Gruppo Radici e nel 2020 ha aperto una sede a Dusseldorf, in Germania, per poter offrire un miglior sostegno tecnico ai clienti tedeschi.

Quali sono dunque le principali applicazioni e lavorazioni del laser nel settore fotovoltaico? Per la produzione di moduli solari da singole celle solari, più celle sono collegate elettricamente con stabilità a lungo termine. Attualmente il contatto avviene con saldatura a infrarossi o a termodi selettivi. Le sollecitazioni termiche e meccaniche create durante questi processi portano alla formazione di crepe, particolarmente pericolose per i wafer sottili. Il processo di saldatura laser consente la deposizione di energia fortemente localizzata senza riscaldare l'intero pannello. Inoltre il processo è controllato con un pirometro, in modo che la potenza del laser possa essere adattata in tempo reale durante la saldatura per ottenere una temperatura costante anche al variare delle condizioni del materiale. Ciò consente un profilo di temperatura ideale sulla cella e un apporto termico minimo. Utilizzando una configurazione con due percorsi del raggio è possibile la saldatura simultanea dei contatti anteriore e posteriore, che consente tempi di processo inferiori a tre secondi per cella. La saldatura a raggio laser consente dunque di ridurre i tempi di lavorazione di un fattore dieci rispetto alla saldatura convenzionale.

Un altro esempio dell’impiego nel settore fotovoltaico del laser riguarda le celle solari che producono corrente elettrica attraverso un effetto fotoelettrico nei materiali semiconduttori. Nel caso delle celle solari convenzionali al silicio, viene applicato un sottile strato conduttivo di metallo per entrare in contatto con il silicio drogato. Nelle moderne celle solari organiche a film sottile vengono invece utilizzati sottili strati antiriflesso e passivanti, che portano a un miglioramento delle proprietà ottiche ed elettriche delle celle solari e quindi a una maggiore efficienza. Per entrambi i tipi di celle solari, questi strati sottili devono essere rimossi selettivamente in punti definiti con elevata precisione. Ciò può essere ottenuto con un'elevata produttività, velocità e precisione grazie alla radiazione laser pulsata ultracorta. Con una sagomatura temporale e locale adattata, i laser a impulsi ultracorti permettono una rimozione completa degli strati con una larghezza della linea di pochi micrometri senza danneggiare lo strato sottostante.