중국 허베이 과학기술대학교와 일본 이화학연구소(RIKEN) 첨단 광자 센터의 연구팀은 태양 전지 캡슐화에 적용하기 위해 투명하고 단단한 재료에 대한 새로운 레이저 미세 용접 기술을 개발했습니다. 은 이온 용액을 기반으로 하는 이 공정은 고품질 연결을 달성한다고 주장합니다.

연구진은 태양 전지 칩을 포함하는 샘플을 사용하여 유리 캡슐화에서 이 공정의 강점을 입증했습니다. 용접된 유리 캡슐화는 수중에서도 기능을 유지했습니다.

유리 대 유리의 용접은 태양광 장치 캡슐화에 사용되는 여러 엣지 밀봉 방법 중 하나입니다. 새로운 접착제와 함께, 이는 태양광 모듈의 내구성과 비용 절감에 기여할 것으로 여겨집니다. 또한 태양광 패널의 재활용 효율을 높이기 위한 핵심 기술 방향이기도 합니다.

펨토초 레이저, 즉 극도로 짧은 단일 레이저 펄스를 방출하는 적외선 레이저는 현재 백내장 수술과 같은 안과 시술에 널리 사용됩니다.

"펨토초 레이저 광화학적 은 이온 용액 환원을 이용한 투명하고 단단한 태양 전지 캡슐화의 미세 용접"이라는 논문에서 연구진은 태양광 캡슐화 재료에 대한 고품질 연결 방식이 중요하다고 언급했습니다. 그들이 제안한 은 이온 용액은 용접을 위한 중간층을 제공하여 유리 및 이종 재료의 펨토초 레이저 미세 용접을 가능하게 합니다.

실험 결과, 용액 내 광화학적으로 환원된 은 나노클러스터는 낮은 입력 에너지 밀도(2.4 J/cm²)에서 유리의 전단 강도를 27.36 MPa까지 증가시켰습니다. 연구팀은 은 이온 용액이 에너지 활용 효율을 향상시켰을 뿐만 아니라 용접 균열 형성을 억제하여 액체층 보조 펨토초 레이저 용접의 적용성을 향상시켰다고 밝혔습니다.

연구진은 또한 반도체 및 광학 재료를 나타내는 단결정 실리콘 및 사파이어에 대한 용접 실험을 수행했습니다. "이러한 재료 특성의 차이에도 불구하고 펨토초 레이저 용접은 이종 접합 연결을 성공적으로 달성했습니다."라고 연구팀은 밝혔습니다.

실험 샘플에는 상업용 석영 유리(20 × 20 × 1 mm), 사파이어 유리(20 × 20 × 1 mm) 및 단결정 실리콘(10 × 10 × 0.33 mm)이 포함되었습니다. 실험에 사용된 레이저 시스템은 Pharos PH2-20W 시스템이었습니다.

그런 다음 연구팀은 캡슐화된 실리콘 태양 전지 칩의 밀봉 특성을 테스트했습니다. 태양광 장치는 석영 유리 기판과 전도성 테이프 전극을 사용했으며, 물에 담갔습니다. 전기 신호 모니터링을 용이하게 하기 위해 패키지 구조의 상단 인터페이스는 의도적으로 용접되지 않았습니다.

연구진은 "캡슐화된 태양 전지 칩은 물에 잠긴 상태에서도 전기 전도성을 유지했습니다. 이는 은 이온 용액 보조 펨토초 레이저 용접 공정이 고강도 연결을 달성하고 태양광 장치 성능에 대한 습기 및 기타 극한 환경 요인의 영향을 효과적으로 완화할 수 있음을 보여줍니다."라고 언급했습니다.

이 방법의 신뢰성은 열 충격 및 방수 테스트를 통해 추가로 검증되었으며, IPX7 방수 등급 및 IEC 60529:2013 표준을 충족하는 것으로 나타났습니다.