소개
기가와트급 페로브스카이트 태양광 생산으로의 전환은 빔 분할 기술이 핵심적인 역할을 하는 정밀 레이저 가공에 달려 있습니다. 단일 레이저 광원을 여러 빔으로 분할함으로써, 이 기술은 P1-P3 패턴의 스크라이빙과 에지 분리(P4)를 동시에 가능하게 하여 처리량, 데드존 제어, 그리고 생산 비용에 직접적인 영향을 미칩니다. 현재 산업계에서는 주로 기계적 빔 분할과 회절 광학 소자(암사슴)를 사용하는데, 각각은 페로브스카이트의 열 감도 및 확장성 요구 사항에 대한 고유한 장점을 가지고 있습니다.
기계적 빔 분할: 대면적 처리를 위한 안정성
기계적 빔 분할은 정밀하게 정렬된 거울과 광학 장치를 사용하여 레이저를 동기화된 하위 빔으로 분할합니다. 독일 장비 선도 기업 LPKF는 알레그로 BK24와 같은 시스템에 이 방식을 적용하여 ±10μm 정확도로 12~24개의 빔을 생성합니다. 이 기술의 견고성은 전력 손실을 최소화하고 열 드리프트에 대한 저항성을 확보하는 데 기인하며, 이는 미터 크기의 기판(예: 1.2m x 2.4m 패널)에서 일관된 애블레이션 깊이를 유지하는 데 필수적입니다. LPKF는 기계식 시스템이 암사슴 관련 정렬 취약성을 방지하여 GW 규모 팹에서 98%의 가동 시간을 달성했다고 보고했습니다.
중국 제조업체 러청 Intelligent도 12경로 기계적 분할을 채택하여 2m/s의 속도에서 절단 균일성을 유지하기 위해 실시간 초점 추적을 강조합니다.
암사슴 기반 분할: 확장성 및 유연성
암사슴 시스템은 마이크로 격자를 사용하여 빔을 분할하여 더 낮은 하드웨어 비용으로 더 높은 다중화(예: 36개 경로)를 가능하게 합니다. 이는 레이저 매개변수(파장, 펄스 지속 시간)를 자주 조정해야 하는 다품종 생산에 적합합니다. 그러나 암사슴 시스템은 15~20%의 전력 손실을 발생시키고 페로브스카이트의 습기 민감층에서 발생하는 발산을 방지하기 위해 엄격한 교정을 요구합니다. 최근 발전된 기술은 적응 광학 기술을 통합하여 어닐링 후 기판 변형을 보상하는데, 이는 실시간 궤적 추적을 필요로 하는 일반적인 문제입니다.
성능 지표: 처리량 대 정밀도
기계적 분할은 안정성이 뛰어나며, 동기식 모션 제어를 통해 사각지대를 ≤130μm까지 확보합니다. 동기식 모션 제어는 유리 기판이 고정된 상태에서 레이저 헤드가 움직이므로 진동으로 인한 오류를 줄여줍니다. 이와는 대조적으로, 암사슴 기반 시스템은 속도를 우선시합니다. 36빔 구성은 2,500mm/s의 스크라이빙 속도를 달성하지만, 재료 수축으로 인한 P1-P3 정렬 불량을 방지하기 위해 사후 공정 사각지대 모니터링이 필요합니다.
GW 생산의 경우, 기계 시스템은 표준 8빔 구성에 비해 필요한 기계 수를 75% 줄여 설치 공간과 에너지 사용량을 대폭 줄입니다.
미래 방향: 하이브리드 시스템 및 일체 포함 최적화
차세대 솔루션은 두 기술을 융합하는 것을 목표로 합니다. P1/P3 베이스라인 패터닝을 위한 기계적 분할 기술과 동적 P4 엣지 클리닝을 위한 암사슴 변조 빔 기술을 결합하는 것입니다. 일체 포함 기반 비전 시스템은 실시간으로 라인 간격을 추적하고, 빔 위치를 자동 조정하여 허용 오차를 ±5μm 미만으로 유지합니다. Lecheng의 GW 규모 프로토타입에서 알 수 있듯이, 적응형 빔 분할 기술은 100μm 미만의 데드존을 달성하는 동시에 장비당 500MW 이상의 처리량을 지원하는 데 핵심적인 역할을 할 것입니다.
결론
빔 분할 기술은 페로브스카이트 태양광 산업화를 위한 핵심 요소로, 속도와 정밀도의 균형을 이룹니다. 기계적 분할은 기초 패터닝에 대한 신뢰성을 제공하는 반면, 미국 에너지부(암사슴) 기반 방식은 확장성을 제공합니다. 지능형 하이브리드 시스템으로의 진화는 궁극적으로 차세대 태양광 제조의 비용 및 효율 기준을 결정할 것입니다.
