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En la industria solar fotovoltaica, el método de serigrafía que se utiliza para hacer patrones de contacto representa la mayoría de los procesos de metalización de las células solares de obleas de silicio. La metalización por contacto mediante la cocción conjunta de pastas metálicas serigrafiadas delanteras y traseras para células solares estándar de tipo mainstreamp es un proceso que se utiliza predominantemente.
Las células solares serigrafiadas requieren contactos metálicos en la superficie frontal para permitir que la corriente fluya desde los portadores generados. El diseño de los contactos metálicos frontales es fundamental. El contacto metálico está formado por dedos y barras colectoras. El contacto metálico tiene 2 o más barras colectoras. El mayor número de barras colectoras puede permitir una altura reducida de los dedos serigrafiados para una pérdida resistiva del metal. El diseño se optimiza en función de las pérdidas de sombreado y la pérdida de resistencia del metal. Eléctricamente, afectará a JSCorRS, respectivamente. El ancho típico del ancho del dedo es de 55 a 80 μm. El contacto frontal (plateado) transporta la corriente desde las regiones periféricas de la celda a las barras colectoras, que normalmente son perpendiculares a los dedos. las células están interconectadas para formar módulos. Cuando las celdas están conectadas para hacer un módulo, la cinta de interconexión se suelda a las barras colectoras y se conecta a los contactos tipo p en la superficie trasera de la celda adyacente en una cadena de celdas.
En el video a continuación, mostramos el proceso de serigrafía en la Instalación de Investigación Industrial Solar (SIRF) en UNSW Sydney.
Contacto frontal
El patrón de contacto frontal plateado se imprime directamente sobre el recubrimiento antirreflectante de nitruro de silicio (ARC). Por lo tanto, se requiere que el patrón plateado penetre a través del revestimiento ARC para hacer un contacto eléctrico con el silicio. El contacto eléctrico se realiza cuando la celda se cocida en un horno de cocción en línea. El contacto trasero también se realiza durante el proceso de cocción. El proceso de cocción conjunta implica una temperatura máxima de cocción en un rango de 750 a 870 ° C durante 5 segundos o menos. Durante el proceso, la pasta graba el revestimiento ARC y penetra a través de la capa y forma un contacto óhmico con el silicio subyacente. Sin embargo, es importante optimizar la temperatura y el tiempo de cocción. Cuando el proceso de cocción se realiza a una temperatura demasiado alta o durante demasiado tiempo, el contacto frontal puede penetrar más profundamente en el silicio y hacer un contacto cerca de la unión. Esto aumentará efectivamente la resistencia de contacto (es decir, RS más alta) ya que el metal entrará en contacto con la región más resistiva de la oblea. Además de los aglutinantes y el disolvente necesarios para permitir la serigrafía (como se describe para la serigrafía de aluminio), la pasta de plata contiene partículas de plata, fritas de vidrio (partículas) y aditivos como plomo o bismuto que reducen la temperatura de fusión de la plata y ayuda a humedecer la superficie para un contacto uniforme. En la Figura 1 se muestra una imagen de una pantalla frontal para una celda solar de 3 barras colectoras.
Contacto trasero
La mayor parte de la superficie trasera de la celda solar está serigrafiada con pasta de aluminio para formar el electrodo trasero. Además, las pestañas también están impresas con pasta de plata para la interconexión a otras celdas mediante soldadura. La optimización del contacto trasero no es tan crítica como el contacto delantero, pero sigue siendo importante optimizar para mejorar el rendimiento trasero. Se imprime una capa gruesa de pasta de aluminio (típicamente ~ 30 μm), con espacios deliberados y se seca antes de que la pasta de plata también se imprima para formar las pestañas de la barra colectora de plata. Una capa de aluminio indeseablemente gruesa puede provocar que la oblea se arquee durante la cocción en línea. La cocción a través del horno en línea implica un calentamiento y enfriamiento rápidos, lo que puede aumentar la tensión en la oblea de Si debido a la diferencia en el coeficiente de expansión térmica entre Si y Al. La tolerancia para el arco de la oblea es de hasta 1,5 mm; de lo contrario, afectará el proceso de fabricación del módulo. Actualmente, la mayoría de las células solares industriales tienen un contacto trasero de aluminio completo (la llamada célula solar de campo de superficie posterior de aluminio (Al-BSF). Esta tecnología todavía tiene una cuota de mercado del 70%, aunque se espera que caiga en los próximos años. diez años [1]. Durante el proceso de cocción en el proceso de cocción y se forma eutéctico de aluminio-silicio a temperaturas de cocción superiores a 570oC. Durante la fase de enfriamiento, el silicio se recristaliza y se forma una capa de silicio dopado con aluminio donde la concentración de aluminio está determinada por la temperatura a la que tiene lugar la cristalización regida por el diagrama de fase de aluminio-silicio. Esta recristalización continúa hasta que se alcanza la temperatura eutéctica y todo el líquido cristaliza. Este proceso da como resultado una región dopada tipo p en la parte posterior del célula solar que ayuda en la recolección de agujeros, además de reducir la recombinación de la superficie trasera.
En el video a continuación, le mostramos el paso de encendido por contacto, que es el paso final en la fabricación de células solares.
Estampado doble
El método de serigrafía estándar para la metalización frontal de células solares de silicio es un proceso confiable y bien entendido con altas tasas de rendimiento. Los anchos de línea típicos que se requieren para garantizar la estabilidad del proceso y una resistencia al metal suficientemente menor es de aproximadamente 120 μm. Para lograr una mayor eficiencia de las células solares de silicio cristalino, es necesario mejorar tanto el voltaje de circuito abierto VOC como la densidad de corriente de cortocircuito. Un enfoque para mejorarlos es tener emisores de alta resistencia laminar. La pasta de pantalla se ha optimizado para entrar en contacto con emisores poco dopados, por lo tanto, una mayor resistencia de la hoja. Sin embargo, una mayor resistencia de la hoja conducirá a una mayor resistencia en serie R de la resistencia lateral de la celda, lo que puede reducir el factor de llenado. Esto se puede compensar con el espacio entre los dedos, que aumenta la fracción del área de sombreado de la estructura del lado frontal. Por lo tanto, es necesaria una reducción del ancho de línea para minimizar las pérdidas de sombreado. Se puede superar la reducción del ancho del dedo mediante la reducción del ancho de la línea que se abre en la pantalla, pero esto puede conducir a un área de sección transversal más pequeña de los dedos, lo que puede conducir a una mayor resistencia del metal. Esto se puede mitigar realizando una doble impresión que puede aumentar significativamente la altura de los dedos de metal. Esto es posible gracias a la excelente uniformidad de alineación de la generación actual de impresoras de pantalla que tienen una precisión de alineación de 15 µm o mejor. Un beneficio adicional es que las posibles interrupciones de los dedos de la primera impresión pueden solucionarse con la segunda impresión, ya que es improbable que las interrupciones de dos impresoras de pantalla diferentes se produzcan en la misma posición.