ทีมวิจัยจากมหาวิทยาลัยวิทยาศาสตร์และเทคโนโลยีเหอเป่ยในประเทศจีน และศูนย์โฟโตนิกส์ขั้นสูง RIKEN ในประเทศญี่ปุ่น ได้พัฒนาเทคโนโลยีการเชื่อมด้วยเลเซอร์ขนาดเล็กแบบใหม่สำหรับวัสดุโปร่งใสและแข็ง ซึ่งมีเป้าหมายเพื่อนำไปใช้ในการห่อหุ้มเซลล์แสงอาทิตย์ กระบวนการนี้ใช้สารละลายไอออนเงิน ซึ่งอ้างว่าสามารถเชื่อมต่อได้อย่างมีคุณภาพสูง

นักวิจัยได้แสดงให้เห็นถึงความแข็งแกร่งของกระบวนการนี้ในการห่อหุ้มด้วยแก้ว โดยใช้ตัวอย่างที่มีชิปเซลล์แสงอาทิตย์ การห่อหุ้มด้วยแก้วที่เชื่อมแล้วยังคงใช้งานได้ใต้น้ำ

การเชื่อมแก้วต่อแก้วเป็นหนึ่งในวิธีการปิดผนึกขอบหลายวิธีที่ใช้ในการห่อหุ้มอุปกรณ์โฟโตโวลตาอิกพลังงานแสงอาทิตย์ นอกเหนือจากกาวชนิดใหม่แล้ว เชื่อกันว่าจะช่วยปรับปรุงความทนทานและการลดต้นทุนของโมดูลโฟโตโวลตาอิก นอกจากนี้ยังเป็นทิศทางทางเทคโนโลยีที่สำคัญในการเพิ่มประสิทธิภาพการรีไซเคิลแผงโซลาร์เซลล์

เลเซอร์เฟมโตวินาที ซึ่งเป็นเลเซอร์อินฟราเรดที่ปล่อยพัลส์เลเซอร์เดี่ยวที่สั้นมาก ปัจจุบันมีการใช้กันอย่างแพร่หลายในขั้นตอนการรักษาทางจักษุวิทยา เช่น การผ่าตัดต้อกระจก

ในเอกสารชื่อ "การเชื่อมขนาดเล็กของการห่อหุ้มเซลล์แสงอาทิตย์แบบแข็งโปร่งใสโดยใช้การลดด้วยโฟโตเคมีของสารละลายไอออนเงินด้วยเลเซอร์เฟมโตวินาที" นักวิจัยระบุว่ารูปแบบการเชื่อมต่อที่มีคุณภาพสูงสำหรับวัสดุห่อหุ้มโฟโตโวลตาอิกมีความสำคัญอย่างยิ่ง สารละลายไอออนเงินที่เสนอให้ชั้นกลางสำหรับการเชื่อม ทำให้สามารถเชื่อมด้วยเลเซอร์เฟมโตวินาทีของแก้วและวัสดุที่แตกต่างกันได้

ผลการทดลองแสดงให้เห็นว่ากลุ่มนาโนเงินที่ลดลงด้วยโฟโตเคมีในสารละลายช่วยเพิ่มความแข็งแรงเฉือนของแก้วเป็น 27.36 MPa ที่ความหนาแน่นพลังงานอินพุตต่ำ (2.4 J/cm²) ทีมวิจัยระบุว่าสารละลายไอออนเงินไม่เพียงแต่ช่วยปรับปรุงประสิทธิภาพการใช้พลังงานเท่านั้น แต่ยังช่วยยับยั้งการเกิดรอยร้าวในการเชื่อม ซึ่งช่วยเพิ่มการประยุกต์ใช้การเชื่อมด้วยเลเซอร์เฟมโตวินาทีที่ช่วยด้วยชั้นของเหลว

นักวิจัยยังทำการทดลองเชื่อมบนซิลิคอนผลึกเดี่ยวและแซฟไฟร์ ซึ่งเป็นวัสดุที่เป็นตัวแทนของสารกึ่งตัวนำและวัสดุออปติคัลที่มีคุณสมบัติทางเทอร์โมฟิสิกส์ที่แตกต่างกันอย่างมาก "แม้จะมีความแตกต่างในคุณสมบัติของวัสดุเหล่านี้ การเชื่อมด้วยเลเซอร์เฟมโตวินาทีก็ประสบความสำเร็จในการเชื่อมต่อแบบเฮเทอโรจังก์ชัน" ทีมงานกล่าว

ตัวอย่างการทดลองประกอบด้วยแก้วซิลิกาเชิงพาณิชย์ (20 × 20 × 1 มม.), แก้วแซฟไฟร์ (20 × 20 × 1 มม.) และซิลิคอนผลึกเดี่ยว (10 × 10 × 0.33 มม.) ระบบเลเซอร์ที่ใช้ในการทดลองคือระบบ Pharos PH2-20W

จากนั้นทีมงานได้ทดสอบคุณสมบัติการปิดผนึกของชิปเซลล์แสงอาทิตย์ซิลิคอนที่ห่อหุ้ม อุปกรณ์โฟโตโวลตาอิกใช้พื้นผิวแก้วควอตซ์และขั้วไฟฟ้าเทปนำไฟฟ้า วางในน้ำ เพื่ออำนวยความสะดวกในการตรวจสอบสัญญาณไฟฟ้า อินเทอร์เฟซด้านบนของโครงสร้างบรรจุภัณฑ์จึงถูกปล่อยให้ไม่ถูกเชื่อมโดยเจตนา

นักวิจัยระบุว่า "ชิปเซลล์แสงอาทิตย์ที่ห่อหุ้มยังคงรักษาการนำไฟฟ้าไว้ได้ในขณะที่จมอยู่ในน้ำ สิ่งนี้แสดงให้เห็นว่ากระบวนการเชื่อมด้วยเลเซอร์เฟมโตวินาทีที่ช่วยด้วยสารละลายไอออนเงินสามารถเชื่อมต่อด้วยความแข็งแรงสูงและบรรเทาผลกระทบจากความชื้นและปัจจัยแวดล้อมอื่นๆ ที่รุนแรงต่อประสิทธิภาพของอุปกรณ์พลังงานแสงอาทิตย์ได้อย่างมีประสิทธิภาพ"

ความน่าเชื่อถือของวิธีนี้ได้รับการตรวจสอบเพิ่มเติมผ่านการทดสอบการกระแทกจากความร้อนและการกันน้ำ ซึ่งแสดงให้เห็นว่าเป็นไปตามมาตรฐานการกันน้ำ IPX7 และมาตรฐาน IEC 60529:2013