Introduzione
La transizione alla produzione di energia solare perovskite su scala gigawatt si basa sulla lavorazione laser di precisione, in cui la tecnologia di divisione del fascio gioca un ruolo fondamentale. Dividendo una singola sorgente laser in più fasci, questa tecnica consente la tracciatura simultanea dei pattern P1-P3 e l'isolamento dei bordi (P4), con un impatto diretto sulla produttività, sul controllo delle zone morte e sui costi di produzione. Gli attuali approcci industriali includono principalmente la divisione meccanica del fascio e gli elementi ottici diffrattivi (DOE), ciascuno con vantaggi distinti per la sensibilità termica e i requisiti di scalabilità della perovskite.
Divisione meccanica del fascio: stabilità per l'elaborazione su larga scala
La divisione meccanica del fascio impiega specchi e ottiche allineati con precisione per suddividere un laser in fasci secondari sincronizzati. LPKF, leader tedesco nel settore delle apparecchiature, utilizza questo metodo in sistemi come l'Allegro BK24, generando 12-24 fasci con una precisione di ±10 μm. La robustezza della tecnologia deriva dalla minima perdita di potenza e dalla resistenza alla deriva termica, fondamentali per mantenere una profondità di ablazione costante su substrati di dimensioni metriche (ad esempio, pannelli da 1,2 m × 2,4 m). LPKF segnala un tempo di attività del 98% nelle fabbriche su scala GW, poiché i sistemi meccanici evitano la fragilità dell'allineamento correlata al DOE.
Anche il produttore cinese Lecheng Intelligent adotta la divisione meccanica a 12 percorsi, enfatizzando il tracciamento della messa a fuoco in tempo reale per mantenere l'uniformità del taglio a velocità di 2 m/s.
Divisione basata sul DOE: scalabilità e flessibilità
I sistemi DOE utilizzano microreticoli per suddividere i fasci, consentendo un multiplexing più elevato (ad esempio, 36 percorsi) a costi hardware inferiori. Questa soluzione è adatta alla produzione ad alto mix, in cui i parametri laser (lunghezza d'onda, durata dell'impulso) richiedono frequenti regolazioni. Tuttavia, i DOE subiscono una perdita di potenza del 15-20% e richiedono una calibrazione rigorosa per prevenire divergenze negli strati di perovskite sensibili all'umidità. Recenti progressi integrano ottiche adattive per compensare la deformazione del substrato dopo la ricottura, un problema comune che richiede il tracciamento della traiettoria in tempo reale.
Metriche delle prestazioni: produttività vs. precisione
La divisione meccanica eccelle in stabilità, raggiungendo zone morte ≤130 μm tramite controllo del movimento sincrono, dove i substrati di vetro rimangono fermi mentre le testine laser si muovono, riducendo gli errori indotti dalle vibrazioni. Al contrario, i sistemi basati su DOE privilegiano la velocità: le configurazioni a 36 raggi raggiungono velocità di incisione di 2.500 mm/s, ma richiedono il monitoraggio delle zone morte post-processo per evitare disallineamenti P1-P3 dovuti al ritiro del materiale.
Per la produzione di GW, i sistemi meccanici riducono del 75% il numero di macchine necessarie rispetto alle configurazioni standard a 8 travi, riducendo drasticamente l'ingombro e il consumo energetico.
Direzioni future: sistemi ibridi e ottimizzazione dell'intelligenza artificiale
Le soluzioni di nuova generazione mirano a ibridare entrambe le tecnologie: la divisione meccanica per la modellazione della linea di base P1/P3, con fasci modulati dal DOE per la pulizia dinamica dei bordi P4. Sistemi di visione basati sull'intelligenza artificiale vengono implementati per tracciare la spaziatura delle linee in tempo reale, regolando automaticamente le posizioni dei fasci per mantenere tolleranze inferiori a ±5 μm. Come indicano i prototipi su scala GW di Lecheng, la divisione adattiva del fascio sarà fondamentale per ottenere zone morte <100 μm, supportando al contempo una produttività superiore a 500 MW per macchina.
Conclusione
La tecnologia di beam splitting è un fattore cruciale per l'industrializzazione del fotovoltaico a perovskite, in quanto bilancia velocità e precisione. Mentre la divisione meccanica offre affidabilità per la modellazione di base, i metodi basati sul DOE garantiscono scalabilità. L'evoluzione verso sistemi ibridi intelligenti determinerà in ultima analisi i parametri di riferimento in termini di costi ed efficienza della produzione solare di prossima generazione.
