pv-manufacturing.org
A la indústria solar fotovoltaica, el mètode de serigrafia que s’utilitza per fer patrons de contacte representa la majoria dels processos de metal·lització de les cèl·lules solars d’òsties de silici. La metal·lització de contacte mitjançant cocció de pastes metàl·liques serigrafiades davanteres i posteriors per a cèl·lules solars estàndard de tipus mainstreamp és un procés que s’utilitza de forma dominant.
Les cèl·lules solars serigrafiades requereixen contactes metàl·lics de superfície frontal per permetre que el corrent flueixi des dels portadors generats. El disseny dels contactes metàl·lics frontals és fonamental. El contacte metàl·lic està format per dits i barres de bus. El contacte metàl·lic té 2 barres o més. El nombre més gran de barres de bus pot permetre una alçada reduïda dels dits serigrafiats per a una pèrdua resistiva de metall. El disseny s’optimitza en funció de la pèrdua d’ombra i la pèrdua de resistència del metall. Elèctricament afectarà JSCorRS, respectivament. L'amplada típica de l'amplada del dit és de 55 a 80 μm. El contacte frontal (plata) transporta el corrent des de les regions perifèriques de la cèl·lula fins a les barres, que normalment són perpendiculars als dits. les cel·les estan interconnectades per formar mòduls. Quan les cel·les es connecten per fer un mòdul, la cinta d’interconnexió es solda a les barres de bus i es connecta als contactes de tipus p a la superfície posterior de la cel·la adjacent en una cadena de cel·les.
Al vídeo següent es mostra el procés de serigrafia a la Solar Industrial Research Facility (SIRF) a UNSW Sydney.
Contacte frontal
El patró de contacte frontal platejat s’imprimeix directament sobre el revestiment antireflex de nitrur de silici (ARC). Per tant, cal que el patró platejat penetri a través del recobriment ARC per fer un contacte elèctric amb el silici. El contacte elèctric es realitza quan la cèl·lula es cou en un forn de cocció en línia. El contacte posterior també es realitza durant el procés de cocció. El procés de cocció implica una temperatura màxima de cocció en un rang de 750 a 870 ° C durant 5 segons o menys. Durant el procés, la pasta grava el recobriment ARC i penetra a través de la capa i forma un contacte òhmic amb el silici subjacent. Tot i això, és important optimitzar la temperatura i el temps de cocció. Quan el procés de cocció es realitza a una temperatura massa alta o massa temps, el contacte frontal pot penetrar més profundament en el silici i fer un contacte a prop de la unió. Això augmentarà eficaçment la resistència de contacte (tan elevada de RS) ja que el metall farà un contacte amb la regió més resistiva de l’hòstia. A més dels aglutinants i dissolvents necessaris per permetre la serigrafia (tal com es descriu per a la serigrafia d'alumini), la pasta de plata conté partícules de plata, frites de vidre (partícules) i additius com el plom o el bismut que redueixen la temperatura de fusió de la plata i ajudeu a mullar la superfície per obtenir un contacte uniforme. A la figura 1 es mostra una imatge d’una pantalla frontal per a una cèl·lula solar de 3 barres de bus.
Contacte posterior
La major part de la superfície posterior de la cèl·lula solar està serigrafiada amb pasta d’alumini per formar l’elèctrode posterior. A més, les pestanyes també s’imprimeixen amb pasta de plata per a la interconnexió amb altres cel·les mitjançant soldadura. L’optimització del contacte posterior no és tan crítica com el contacte frontal, però encara és important optimitzar-lo per millorar el rendiment posterior. S'imprimeix una capa gruixuda de pasta d'alumini (típicament ~ 30 μm), amb buits deliberats i assecada abans que la pasta de plata també s'imprimís per formar les pestanyes de barra de plata. Una capa d'alumini gruixuda indesitjablement pot provocar una hòstia inclinant-se durant la cocció en línia. La cocció a través del forn en línia implica un escalfament i refredament ràpids, que poden acumular la tensió a l’hòstia de Si a causa de la diferència del coeficient d’expansió tèrmica entre Si i Al. La tolerància a l'arc de les hòsties és de fins a 1,5 mm, en cas contrari afectarà el procés de fabricació del mòdul. Actualment, la majoria de les cèl·lules solars industrials tenen un contacte posterior d'alumini complet (l'anomenada cèl·lula solar d'alumini de la superfície posterior del camp (Al-BSF). Aquesta tecnologia encara té una quota de mercat del 70%, tot i que s'espera que baixi en la propera deu anys [1]. Durant el procés de cocció en el procés de cocció, es forma eutèctic alumini-silici a temperatures de cocció superiors a 570 º C. Durant la fase de refredament, el silici es recristal·litza i es forma una capa de silici dopat amb alumini on la concentració d'alumini està determinada per la temperatura a la qual té lloc la cristal·lització governada pel diagrama de fase alumini-silici. Aquesta recristal·lització continua fins que s’assoleix la temperatura eutèctica i cristal·litza tot el líquid. Aquest procés dóna lloc a una regió dopada de tipus ap a la part posterior del cèl·lula solar que ajuda a la recollida de forats. A més, també redueix la recombinació de la superfície posterior.
Al vídeo següent us mostrem el pas d’activació per contacte, que és el pas final en la fabricació de cèl·lules solars.
Doble impressió
El mètode de serigrafia estàndard per a la metal·lització frontal de les cèl·lules solars de silici és un procés fiable i ben entès amb altes velocitats de producció. L’amplada de línia típica que es requereix per garantir l’estabilitat del procés i una resistència metàl·lica suficientment baixa és d’uns 120 μm. Per aconseguir una eficiència més elevada de les cèl·lules solars de silici cristal·lí, s’ha de millorar tant la tensió de circuit obert com la densitat de corrent de curtcircuit. Un enfocament per millorar-los és disposar d'emissors d'alta resistència en làmines. S'ha optimitzat la pasta de pantalla per posar-se en contacte amb emissors poc dopats, de manera que hi ha una major resistència de la làmina. Tanmateix, una major resistència de la làmina conduirà a una resistència de sèrie superior a la de la resistència lateral de la cèl·lula, que pot reduir el factor d’ompliment. Això es pot compensar amb l’espaiat dels dits, que augmenta la fracció d’àrea d’ombrejat de l’estructura lateral frontal. Per tant, cal reduir l'amplada de la línia per minimitzar les pèrdues d'ombrejat. Reduir l’amplada del dit reduint l’amplada de l’obertura de la línia a la pantalla es pot superar, però això pot conduir a una àrea de secció transversal més petita dels dits, que pot conduir a una major resistència del metall. Això es pot mitigar realitzant una doble impressió que pot augmentar significativament l'alçada dels dits metàl·lics. Això es fa gràcies a l'excel·lent uniformitat d'alineació de la generació actual d'impressores de pantalla que tenen una precisió d'alineació de 15 µm o millor. Un avantatge addicional és que les possibles interrupcions digitals de la primera impressió es poden solucionar mitjançant la segona impressió, ja que és improbable que les interrupcions de dues impressores de pantalla diferents es produeixin a la mateixa posició.
