Πηγή: fraunhofer
Μαζί με τους συνεργάτες του έργου, οι επιστήμονες του Κέντρου Αξιολόγησης Φωτοβολταϊκών Τεχνολογιών PV-TEC του Ινστιτούτου Φυσικού Αερίου ISE στο Freiburg της Fraunhofer κατάφεραν να βελτιώσουν την παραδοσιακή μέθοδο εκτύπωσης οθόνης για τη λεπτής επιμετάλλωσης ηλιακών κυψελών πυριτίου. Χρησιμοποιώντας ειδικά σχεδιασμένες οθόνες λεπτών γραμμών, η ομάδα έργου κατάφερε να δημιουργήσει δάκτυλα επαφής με πλάτος μόλις 19 μm και ύψος 18 μm σε ένα μόνο βήμα εκτύπωσης. Αυτό σημαίνει ότι απαιτείται έως και 30% λιγότερα ασημένια, γεγονός που με τη σειρά του οδηγεί σε σημαντική μείωση του κόστους κατασκευής.
Τα ηλιακά κύτταρα πυριτίου στηρίζονται σε μεταλλικά ηλεκτρόδια στην εμπρόσθια και οπίσθια πλευρά τους για να μεταφέρουν την ηλεκτρική ενέργεια που παράγεται στο υλικό ημιαγωγών από ακτινοβολία φωτός. Για το σκοπό αυτό χρησιμοποιείται συνήθως μια διαδικασία εκτύπωσης επίπεδης οθόνης για την εκτύπωση ενός λεπτού πλέγματος επαφής στην εμπρόσθια πλευρά του κυττάρου. Αυτό το πλέγμα πρέπει να εμποδίζει όσο το δυνατόν περισσότερο την ενεργή κυτταρική επιφάνεια από την έκθεση στο φως και πρέπει να είναι επαρκώς αγώγιμο για να διατηρεί χαμηλή την αντίσταση της σειράς των ηλιακών κυττάρων. Η τεχνολογική πρόκληση στη διαδικασία εκτύπωσης οθόνης έγκειται στη δημιουργία των στενότερων δυνατών συνεχόμενων δακτύλων επαφής με επαρκές ύψος για καλή πλευρική αγωγιμότητα. Η εκτύπωση εξαιρετικά λεπτών δακτύλων επαφής απαιτεί τη χρήση εξειδικευμένων ειδικών οθονών και μεταλλικών επικαλύψεων εκτός από την πλήρη γνώση της μεθόδου μεταξοτυπίας.
" Η συνεργασία με τους συνεργάτες της βιομηχανίας στην επιμετάλλωση μεταξοτυπίας λεπτών γραμμών, ιδιαίτερα με τους παραγωγούς οθόνης Koenen GmbH και Murakami Co. Ltd. καθώς και τον προμηθευτή χημικών προϊόντων Screen Kiss + Wolf GmbH, κατάφερε να μειώσει το πλάτος των δακτύλων επαφής στο λιγότερο από 20 μικρομέτρα - μείωση κατά 30 έως 40 τοις εκατό σε σύγκριση με τα τρέχοντα βιομηχανικά πρότυπα », εξηγεί ο Dr.-Ing. Andreas Lorenz, διευθυντής έργου στην ομάδα τεχνολογίας εκτύπωσης της Fraunhofer ISE. Καινοτόμες οθόνες λεπτών ματιών χρησιμοποιήθηκαν για την επιμετάλλωση παθητικών εκπομπών και οπτικών επαφών (PERC) σε δύο ανεξάρτητες σειρές δοκιμών. Χρησιμοποιώντας μια τέτοια οθόνη, κατέστη δυνατή η δημιουργία δακτύλων επαφής με πλάτος μόλις 19 μm και ύψος 18 μm σε ένα μόνο βήμα εκτύπωσης. Όχι μόνο τα δάκτυλα επαφής είναι εξαιρετικά στενά, οι ηλεκτρικές τους ιδιότητες είναι επίσης εξαιρετικές. Όταν ενσωματώνονται σε δομοστοιχεία - ιδιαίτερα με νεώτερες τεχνολογίες όπως διασύνδεση πολλαπλών διαύλων με 8 έως 15 ζυγοί - επιτρέπουν μια αξιοσημείωτη μείωση της απώλειας ισχύος στα δάκτυλα επαφής. Αυτές οι νέες διεργασίες εκτύπωσης οθόνης απαιτούν έως και 30 τοις εκατό λιγότερα ασήμι σε σύγκριση με το ισχύον βιομηχανικό πρότυπο με πλάτος επαφής περίπου 30 μm.
Ως μέρος του πειράματος, τα ηλιακά κύτταρα PERC επιμεταλλώθηκαν χρησιμοποιώντας τις βέλτιστες παραμέτρους οθόνης. ονομαστικό πλάτος δακτύλου 24 μm επελέγη λόγω του περιορισμού σε σχέση με τον διαθέσιμο αριθμό ζυγών στο ηλιακό στοιχείο (στην περίπτωση αυτή 5). Το καλύτερο ηλιακό κύτταρο PERC σε αυτή τη σειρά δοκιμών πέτυχε απόδοση από h = 22,1%.
" Χρησιμοποιώντας συστήματα υψηλής τεχνολογίας για την επιφανειακή μεταλλοποίηση, θα ήταν δυνατό να ξεκινήσει η κατασκευή ηλιακών κυψελίδων με σχεδόν αόρατα δάκτυλα επαφής σε βιομηχανική κλίμακα στο εγγύς μέλλον. Αυτό θα αποτελέσει ένα μεγάλο πλεονέκτημα για εφαρμογές σε ολοκληρωμένες φωτοβολταϊκές εφαρμογές, όπου απαιτούνται αισθητικές, ομοιογενείς επιφάνειες μονάδων ", λέει ο Δρ. Florian Clement, Διευθυντής του Τμήματος Τεχνολογίας Παραγωγής - Κατασκευής και Μεταλλοποίησης στο Fraunhofer ISE.
Τα αποτελέσματα αυτών των δοκιμαστικών σειρών θα παρουσιαστούν σε δύο επερχόμενες Φ / Β διασκέψεις - την 36η ΕΕ PVSEC στη Μασσαλία της Γαλλίας και την 29η PVSEC στο Xi'an της Κίνας.
Το συνεργατικό έργο FINALE, το οποίο εστιάζει στην ανάπτυξη διαδικασιών εκτύπωσης σε λεπτή γραμμή και στο οποίο οι ερευνητές πέτυχαν εν μέρει αυτά τα αποτελέσματα, χρηματοδοτήθηκε από το Γερμανικό Ομοσπονδιακό Υπουργείο Οικονομίας και Ενέργειας της BMWi και διεξήχθη σε συνεργασία με τους εταίρους της βιομηχανίας Koenen GmbH , Kissel + Wolf GmbH και Wickon Hightech GmbH.
Περαιτέρω αποτελέσματα εκτύπωσης σε λεπτή γραμμή που παρουσιάζονται εδώ πραγματοποιήθηκαν μέσα σε συνεργασία μεταξύ της Murakami Co. Ltd. και της Fraunhofer ISE.
