Źródło: fraunhofer
Wspólnie ze swoimi partnerami projektu naukowcom z Photocoltaic Technology Evaluation Center PV-TEC przy Fraunhofer Institute for Solar Energy Systems ISE we Fryburgu udało się ulepszyć tradycyjny proces sitodruku do cienkiej linii metalizacji krzemowych ogniw słonecznych. Korzystając ze specjalnie opracowanych cienkich linii, zespół projektu był w stanie utworzyć palce kontaktowe o szerokości zaledwie 19 µm i wysokości 18 µm w jednym kroku drukowania. Oznacza to, że potrzeba nawet 30 procent mniej srebra, co z kolei prowadzi do znacznej redukcji kosztów produkcji.
Krzemowe ogniwa słoneczne opierają się na metalowych elektrodach na przedniej i tylnej stronie, aby przenosić energię elektryczną wytwarzaną w materiale półprzewodnikowym w wyniku naświetlania światłem. W tym celu zwykle stosuje się płaski proces sitodruku, aby wydrukować drobną siatkę kontaktową na przedniej stronie komórki. Siatka ta powinna blokować jak najmniej powierzchni aktywnej komórki przed ekspozycją na światło i musi być wystarczająco przewodząca, aby utrzymać niski opór szeregowy ogniw słonecznych. Wyzwanie technologiczne w procesie sitodruku polega na stworzeniu możliwie najwęższych palców o ciągłym kontakcie o wystarczającej wysokości dla dobrej przewodności bocznej. Drukowanie bardzo drobnych palców kontaktowych wymaga użycia wysoce skonstruowanych specjalistycznych sit i past metalizacyjnych oraz pełnego opanowania procesu metalizacji sitodruku.
„ Współpracując z partnerami branżowymi w zakresie metalizacji drobnoziarnistych sitodruku, w szczególności z producentami sit Koenen GmbH i Murakami Co. Ltd., a także dostawcą chemii sitowej Kissel + Wolf GmbH, udało nam się zmniejszyć szerokość palców kontaktowych do mniejszej niż 20 mikrometrów - redukcja o 30 do 40 procent w porównaniu z obecnym standardem branżowym ”, wyjaśnia Dr.-Ing. Andreas Lorenz, kierownik projektu w grupie Technology Printing w Fraunhofer ISE. W metalizacji pasywnych emiterów i ogniw słonecznych z tylnym kontaktem (PERC) zastosowano dwie ekrany o drobnych oczkach w dwóch niezależnych seriach testowych. Zastosowanie takiego ekranu umożliwiło utworzenie palców kontaktowych o szerokości zaledwie 19 µm i wysokości 18 µm w jednym kroku drukowania. Palce stykowe są nie tylko bardzo wąskie, ale także ich właściwości elektryczne. Po zintegrowaniu z modułami - szczególnie z nowszymi technologiami, takimi jak połączenie wielu szyn zbiorczych z 8 do 15 szynami zbiorczymi - umożliwiają znaczne zmniejszenie strat mocy w palcach stykowych. Te nowo opracowane procesy sitodruku wymagają do 30 procent mniej srebra w porównaniu z obecnym standardem branżowym z szerokością palca kontaktowego około 30 µm.
W ramach eksperymentu ogniwa słoneczne PERC zostały metalizowane przy użyciu optymalnych parametrów ekranu; wybrano nominalną szerokość palca 24 µm ze względu na ograniczenie w odniesieniu do dostępnej liczby szyn zbiorczych na ogniwie słonecznym (w tym przypadku 5). Najlepsze ogniwo słoneczne PERC w tej serii testów osiągnęło sprawność h = 22,1%.
„ Wykorzystując wysoce skonstruowane systemy ekranów i past do drobnej linii metalizacji, w niedalekiej przyszłości możliwe będzie rozpoczęcie produkcji ogniw słonecznych z prawie niewidocznymi palcami kontaktowymi na skalę przemysłową. Stanowiłoby to wielką zaletę w zastosowaniach w zintegrowanych ogniwach fotowoltaicznych, w których pożądane są estetyczne, jednorodne powierzchnie modułów ”- mówi dr Florian Clement, szef działu technologii produkcji - strukturyzacji i metalizacji w Fraunhofer ISE.
Wyniki tych serii testów zostaną zaprezentowane podczas dwóch nadchodzących konferencji PV - 36. EU PVSEC w Marsylii we Francji oraz 29. PVSEC w Xi'an w Chinach.
Wspólny projekt „FINALE”, który koncentruje się na rozwoju cienkich linii do sitodruku i w którym naukowcy częściowo osiągnęli te wyniki, został sfinansowany przez niemieckie Federalne Ministerstwo Gospodarki i Energii BMWi i zrealizowany we współpracy z partnerami branżowymi Koenen GmbH , Kissel + Wolf GmbH i Wickon Hightech GmbH.
Dalsze prezentowane tutaj drobne linie sitodruku zostały zrealizowane w ramach współpracy między Murakami Co. Ltd. a Fraunhofer ISE.
