pv-manufacturing.org
W branży fotowoltaiki słonecznej metoda sitodruku wykorzystywana do tworzenia wzoru styku odpowiada za większość procesów metalizacji ogniw słonecznych z płytkami krzemowymi. Metalizacja kontaktowa poprzez współspalanie przednich i tylnych sitodrukowanych past metalowych do standardowych ogniw słonecznych typu p jest najczęściej stosowanym procesem.
Ogniwa słoneczne z sitodrukiem wymagają metalowych styków na przedniej powierzchni, aby umożliwić przepływ prądu z generowanych nośników. Projekt przednich metalowych styków ma kluczowe znaczenie. Styk metalowy składa się z palców i szynoprzewodów. Styk metalowy ma 2 lub więcej szyn zbiorczych. Większa liczba szyn zbiorczych może pozwolić na zmniejszoną wysokość nadrukowanych sitodrukiem palców w celu utraty rezystancji metalu. Konstrukcja jest zoptymalizowana w oparciu o utratę cieniowania i utratę rezystancji metalu. Elektrycznie wpłynie to odpowiednio na JSCorRS. Typowa szerokość palca to 55 – 80 μm. Styk przedni (srebrny) transportuje prąd z obszarów peryferyjnych ogniwa do szyn zbiorczych, które są zazwyczaj prostopadłe do palców. komórki są ze sobą połączone, tworząc moduły. Gdy ogniwa są połączone w moduł, taśma łącząca jest lutowana do szyn zbiorczych i łączy się ze stykami typu p na tylnej powierzchni sąsiedniego ogniwa w ciągu ogniw.
Na poniższym filmie pokazujemy proces sitodruku w Solar Industrial Research Facility (SIRF) w UNSW Sydney.
Kontakt z przodu
Srebrny przedni wzór styku jest nadrukowany bezpośrednio na powłoce antyrefleksyjnej z azotku krzemu (ARC). Dlatego srebrny wzór musi przeniknąć przez powłokę ARC, aby nawiązać kontakt elektryczny z krzemem. Styk elektryczny jest wykonywany, gdy ogniwo jest współspalane w piecu do wypalania w linii. Tylny kontakt jest również wykonywany podczas procesu współspalania. Proces współspalania obejmuje szczytową temperaturę wypalania w zakresie od 750 do 870 °C przez 5 sekund lub mniej. Podczas tego procesu pasta wytrawia powłokę ARC i przenika przez warstwę, tworząc kontakt omowy z leżącym pod spodem krzemem. Jednak ważna jest optymalizacja temperatury i czasu wypalania. Gdy proces wypalania odbywa się w zbyt wysokiej temperaturze lub zbyt długim czasie, przedni kontakt może wniknąć głębiej w krzem i nawiązać kontakt blisko złącza. To skutecznie zwiększy rezystancję styku (a więc wyższy RS), ponieważ metal wejdzie w kontakt z bardziej rezystancyjnym obszarem płytki. Oprócz spoiw i rozpuszczalników wymaganych do umożliwienia sitodruku (jak opisano w przypadku sitodruku na aluminium), pasta srebra zawiera cząstki srebra, fryty (cząstki) szklane i dodatki, takie jak ołów lub bizmut, które obniżają temperaturę topnienia srebra i pomóc zwilżyć powierzchnię w celu równomiernego kontaktu. Zdjęcie ekranu przedniego dla ogniwa słonecznego z 3 szynami zbiorczymi pokazano na rysunku 1.
Tylny kontakt
Większość tylnej powierzchni ogniwa słonecznego jest zadrukowana pastą aluminiową, aby utworzyć tylną elektrodę. Dodatkowo zakładki są również zadrukowane srebrną pastą do łączenia z innymi ogniwami poprzez lutowanie. Optymalizacja kontaktu tylnego nie jest tak istotna jak kontakt przedni, ale nadal ważna jest optymalizacja w celu poprawy osiągów tylnych. Drukowana jest gruba warstwa pasty aluminiowej (zwykle ~ 30 μm), z przemyślanymi przerwami i suszona przed wydrukowaniem srebrnej pasty w celu utworzenia srebrnych wypustek szynoprzewodów. Niepożądanie gruba warstwa aluminium może prowadzić do wyginania się wafla podczas wypalania w linii. Wypalanie w piecu inline wiąże się z szybkim ogrzewaniem i chłodzeniem, które może spowodować naprężenie w waflu Si z powodu różnicy we współczynniku rozszerzalności cieplnej między Si i Al. Tolerancja łuku wafla wynosi do 1,5 mm, w przeciwnym razie wpłynie to na proces wytwarzania modułu. Obecnie większość przemysłowych ogniw słonecznych ma w pełni aluminiowy tylny styk (tzw. ogniwo słoneczne z tylną powierzchnią aluminium (Al-BSF). Technologia ta nadal ma 70% udział w rynku, chociaż oczekuje się, że w następnym roku spadnie. dziesięć lat [1] Podczas procesu wypalania w procesie wypalania tworzy się eutektyka aluminiowo-krzemowa w temperaturach wypalania przekraczających 570 o C. Podczas fazy chłodzenia krzem rekrystalizuje i tworzy się warstwa krzemu domieszkowanego glinem, gdzie stężenie aluminium jest określany przez temperaturę, w której zachodzi krystalizacja rządzona przez diagram fazowy glin-krzem.Ta rekrystalizacja trwa do momentu osiągnięcia temperatury eutektycznej i całej cieczy.W wyniku tego procesu powstaje obszar domieszkowany typu ap z tyłu ogniwo słoneczne, które pomaga w zbieraniu dziur, co dodatkowo zmniejsza rekombinację tylnej powierzchni.
W poniższym filmie pokazujemy etap wypalania kontaktowego, który jest ostatnim krokiem w produkcji ogniw słonecznych.
Podwójny nadruk
Standardowa metoda sitodruku do metalizacji przedniej strony krzemowych ogniw słonecznych jest niezawodnym i dobrze poznanym procesem o wysokiej przepustowości. Typowe szerokości linii, które są wymagane do zapewnienia stabilności procesu i wystarczająco niższej odporności metalu, wynoszą około 120 μm. Aby osiągnąć wyższą wydajność ogniw słonecznych z krzemu krystalicznego, należy poprawić zarówno napięcie w obwodzie otwartym VOC, jak i gęstość prądu zwarciowego JSC. Jednym ze sposobów ich ulepszenia jest posiadanie emiterów o wysokiej rezystancji arkusza. Pasta sitowa została zoptymalizowana do kontaktu z nisko domieszkowanymi emiterami, stąd wyższa rezystancja arkusza. Jednak wyższa rezystancja arkusza prowadzi do wyższej rezystancji szeregowejRs z rezystancji bocznej ogniwa, co może zmniejszyć współczynnik wypełnienia. Można to skompensować rozstawem palców, co zwiększa udział obszaru zacienienia konstrukcji przedniej strony. Dlatego konieczne jest zmniejszenie szerokości linii, aby zminimalizować straty cieniowania. Zmniejszenie szerokości palca poprzez zmniejszenie szerokości otwarcia linii w ekranie może przezwyciężyć, ale może to prowadzić do mniejszego przekroju palców, co może prowadzić do wyższej odporności metalu. Można to złagodzić wykonując podwójny nadruk, który może znacznie zwiększyć wysokość metalowych palców. Jest to możliwe dzięki doskonałej jednorodności wyrównania obecnej generacji sitodruków, które mają dokładność wyrównania 15 µm lub lepszą. Dodatkową korzyścią jest to, że potencjalne przerwania palcami pierwszego wydruku można naprawić za pomocą drugiego wydruku, ponieważ jest mało prawdopodobne, aby przerwy w dwóch różnych drukarkach sitodrukowych wystąpiły w tym samym miejscu.
