Μια ερευνητική ομάδα από το Πανεπιστήμιο Επιστήμης και Τεχνολογίας Hebei στην Κίνα και το Κέντρο Προηγμένης Φωτονικής RIKEN στην Ιαπωνία ανέπτυξε μια νέα τεχνολογία μικρο-συγκόλλησης με λέιζερ για διαφανή και άκαμπτα υλικά, με στόχο εφαρμογές στην ενθυλάκωση ηλιακών κυψελών. Αυτή η διαδικασία, που βασίζεται σε διάλυμα ιόντων αργύρου, ισχυρίζεται ότι επιτυγχάνει συνδέσεις υψηλής ποιότητας.

Οι ερευνητές απέδειξαν την αντοχή της διαδικασίας στην ενθυλάκωση γυαλιού, χρησιμοποιώντας ένα δείγμα που περιείχε ένα τσιπ ηλιακής κυψέλης. Η συγκολλημένη ενθυλάκωση γυαλιού παρέμεινε λειτουργική υποβρυχίως.

Η συγκόλληση γυαλιού σε γυαλί είναι μια από τις διάφορες μεθόδους σφράγισης άκρων που χρησιμοποιούνται στην ενθυλάκωση συσκευών φωτοβολταϊκών. Μαζί με τις νέες κόλλες, πιστεύεται ότι συμβάλλει στη βελτίωση της ανθεκτικότητας και τη μείωση του κόστους των φωτοβολταϊκών μονάδων. Είναι επίσης μια βασική τεχνολογική κατεύθυνση για την αύξηση της απόδοσης ανακύκλωσης των ηλιακών πάνελ.

Τα λέιζερ femtosecond, ένα υπέρυθρο λέιζερ που εκπέμπει εξαιρετικά σύντομους παλμούς λέιζερ, χρησιμοποιούνται επί του παρόντος ευρέως σε οφθαλμολογικές διαδικασίες όπως η χειρουργική καταρράκτη.

Σε μια εργασία με τίτλο "Μικροσυγκόλληση διαφανούς άκαμπτης ενθυλάκωσης ηλιακών κυψελών χρησιμοποιώντας φωτοχημική αναγωγή λέιζερ femtosecond διαλύματος ιόντων αργύρου", οι ερευνητές σημειώνουν ότι ένα σχήμα σύνδεσης υψηλής ποιότητας για υλικά ενθυλάκωσης φωτοβολταϊκών είναι ζωτικής σημασίας. Το προτεινόμενο διάλυμα ιόντων αργύρου παρέχει ένα ενδιάμεσο στρώμα για τη συγκόλληση, επιτρέποντας τη μικροσυγκόλληση με λέιζερ femtosecond γυαλιού και ανομοιογενών υλικών.

Τα πειραματικά αποτελέσματα έδειξαν ότι τα φωτοχημικά αναχθέντα νανοσυσσωματώματα αργύρου σε διάλυμα αύξησαν την αντοχή διάτμησης του γυαλιού σε 27,36 MPa σε χαμηλή πυκνότητα ενέργειας εισόδου (2,4 J/cm²). Η ερευνητική ομάδα δήλωσε ότι το διάλυμα ιόντων αργύρου όχι μόνο βελτίωσε την απόδοση χρήσης ενέργειας, αλλά και κατέστειλε το σχηματισμό ρωγμών συγκόλλησης, ενισχύοντας την εφαρμοσιμότητα της συγκόλλησης με λέιζερ femtosecond με τη βοήθεια υγρού στρώματος.

Οι ερευνητές πραγματοποίησαν επίσης πειράματα συγκόλλησης σε μονοκρυσταλλικό πυρίτιο και ζαφείρι, υλικά που αντιπροσωπεύουν ημιαγωγούς και οπτικά υλικά με σημαντικά διαφορετικές θερμοφυσικές ιδιότητες. "Παρά αυτές τις διαφορές στις ιδιότητες των υλικών, η συγκόλληση με λέιζερ femtosecond πέτυχε με επιτυχία συνδέσεις ετεροδομής", δήλωσε η ομάδα.

Τα πειραματικά δείγματα περιελάμβαναν εμπορικό γυαλί πυριτίου (20 × 20 × 1 mm), γυαλί ζαφειριού (20 × 20 × 1 mm) και μονοκρυσταλλικό πυρίτιο (10 × 10 × 0,33 mm). Το σύστημα λέιζερ που χρησιμοποιήθηκε στα πειράματα ήταν ένα σύστημα Pharos PH2-20W.

Στη συνέχεια, η ομάδα δοκίμασε τις ιδιότητες σφράγισης του ενθυλακωμένου τσιπ ηλιακής κυψέλης πυριτίου. Η φωτοβολταϊκή συσκευή χρησιμοποίησε ένα υπόστρωμα γυαλιού χαλαζία και ηλεκτρόδια αγώγιμης ταινίας, τοποθετημένα σε νερό. Για να διευκολυνθεί η παρακολούθηση του ηλεκτρικού σήματος, η επάνω διεπαφή της δομής της συσκευασίας αφέθηκε σκόπιμα ασυγκόλλητη.

Οι ερευνητές σημείωσαν, "Το ενθυλακωμένο τσιπ ηλιακής κυψέλης διατήρησε την ηλεκτρική αγωγιμότητα ενώ ήταν βυθισμένο στο νερό. Αυτό αποδεικνύει ότι η διαδικασία συγκόλλησης με λέιζερ femtosecond με τη βοήθεια διαλύματος ιόντων αργύρου μπορεί να επιτύχει συνδέσεις υψηλής αντοχής και να μετριάσει αποτελεσματικά τις επιπτώσεις της υγρασίας και άλλων ακραίων περιβαλλοντικών παραγόντων στην απόδοση της ηλιακής συσκευής."

Η αξιοπιστία αυτής της μεθόδου επαληθεύτηκε περαιτέρω μέσω δοκιμών θερμικού σοκ και στεγανότητας, οι οποίες έδειξαν ότι πληρούσε την βαθμολογία αδιαβροχοποίησης IPX7 και τα πρότυπα IEC 60529:2013.