Fuente: fraunhofer
Junto con sus socios del proyecto, los científicos del Centro de Evaluación de Tecnología Fotovoltaica PV-TEC del Instituto Fraunhofer para Sistemas de Energía Solar ISE en Friburgo han logrado mejorar el proceso tradicional de serigrafía para la metalización de líneas finas de células solares de silicio. Utilizando pantallas de línea fina especialmente desarrolladas, el equipo del proyecto pudo crear dedos de contacto con un ancho de solo 19 µm y una altura de 18 µm en un solo paso de impresión. Esto significa que se necesita hasta un 30 por ciento menos de plata, lo que a su vez conduce a una reducción significativa en los costos de fabricación.
Las células solares de silicio dependen de electrodos metálicos en sus lados delantero y trasero para transportar la energía eléctrica generada en el material semiconductor de la irradiación de luz. Para este fin, un proceso de impresión de pantalla plana se utiliza generalmente para imprimir una cuadrícula de contacto fina en el lado frontal de la celda. Esta rejilla debe bloquear lo menos posible la superficie celular activa de la exposición a la luz y debe ser lo suficientemente conductiva para mantener baja la resistencia en serie de las células solares. El desafío tecnológico en el proceso de serigrafía radica en crear los dedos de contacto continuo más estrechos posibles con una altura suficiente para una buena conductividad lateral. La impresión de dedos de contacto extremadamente finos requiere el uso de pantallas especializadas de alta ingeniería y pastas de metalización, además del dominio completo del proceso de metalización de la serigrafía.
“ Trabajando junto con socios de la industria en la metalización de impresión de pantalla fina, en particular con los fabricantes de pantallas Koenen GmbH y Murakami Co. Ltd., así como con el proveedor químico de pantallas Kissel + Wolf GmbH, hemos logrado reducir el ancho de los dedos de contacto a menos de 20 micrómetros, una reducción del 30 al 40 por ciento en comparación con el estándar actual de la industria ", explica el Dr.-Ing. Andreas Lorenz, gerente de proyecto en el grupo de Tecnología de impresión en Fraunhofer ISE. Se utilizaron pantallas innovadoras de malla fina en la metalización de las células solares de emisor pasivo y de contacto trasero (PERC) en dos series de pruebas independientes. El uso de una pantalla de este tipo permitió crear dedos de contacto con un ancho de solo 19 µm y una altura de 18 µm en un solo paso de impresión. Los dedos de contacto no solo son extremadamente estrechos, sino que sus propiedades eléctricas también son sobresalientes. Cuando se integran en módulos, particularmente con tecnologías más nuevas, como la interconexión de barras múltiples con 8 a 15 barras, permiten una reducción notable de la pérdida de potencia en los dedos de contacto. Estos procesos de serigrafía recientemente desarrollados requieren hasta un 30 por ciento menos de plata en comparación con el estándar actual de la industria con un ancho de contacto de aproximadamente 30 µm.
Como parte del experimento, las células solares PERC se metalizaron utilizando los parámetros óptimos de pantalla; Se seleccionó un ancho de dedo nominal de 24 µm debido a la limitación con respecto al número disponible de barras colectoras en la célula solar (en este caso 5). La mejor célula solar PERC de esta serie de pruebas logró una eficiencia de h = 22.1%.
“ Usando sistemas de pantalla y pasta de alta ingeniería para la metalización de línea fina, podría ser posible comenzar a fabricar células solares con dedos de contacto casi invisibles a escala industrial en un futuro próximo. Esto representaría una gran ventaja para aplicaciones en sistemas fotovoltaicos integrados, donde se requieren superficies de módulos estéticas y homogéneas ", dice el Dr. Florian Clement, Jefe del Departamento de Tecnología de Producción - Estructuración y Metalización en Fraunhofer ISE.
Los resultados de estas series de pruebas se presentarán en dos próximas conferencias PV: la 36ª PVSEC de la UE en Marsella, Francia, y la 29ª PVSEC en Xi'an, China.
El proyecto colaborativo "FINALE", que se centra en el desarrollo de procesos de serigrafía de línea fina y en el que los investigadores lograron en parte estos resultados, fue financiado por el Ministerio Federal de Asuntos Económicos y Energía de Alemania BMWi y llevado a cabo en colaboración con los socios de la industria Koenen GmbH , Kissel + Wolf GmbH y Wickon Hightech GmbH.
Los resultados adicionales de la impresión de pantalla de líneas finas que se presentan aquí se realizaron dentro de una cooperación entre Murakami Co. Ltd. y Fraunhofer ISE.