Fraunhofer ISE Fine-Line Zeefdruk Metallisatie vermindert zilver met 30%

- Sep 10, 2019-

Bron: fraunhofer

 

 Innovative Fine-Line Screen Printing Metallization Reduces Silver Consumption for Solar Cell Contacts

 

Samen met hun projectpartners zijn wetenschappers van het Photovoltaic Technology Evaluation Center PV-TEC van het Fraunhofer Institute for Solar Energy Systems ISE in Freiburg er in geslaagd het traditionele zeefdrukproces voor de fijne metallisatie van silicium zonnecellen te verbeteren. Met behulp van speciaal ontwikkelde fijne lijnschermen kon het projectteam contactvingers maken met een breedte van slechts 19 µm en een hoogte van 18 µm in één enkele printstap. Dit betekent dat tot 30 procent minder zilver nodig is, wat op zijn beurt leidt tot een aanzienlijke vermindering van de productiekosten.

 

Silicium zonnecellen vertrouwen op metalen elektroden aan hun voor- en achterkant om de elektrische energie te dragen die in het halfgeleidermateriaal wordt gegenereerd door lichtbestraling. Hiertoe wordt meestal een flatbed zeefdrukproces gebruikt om een fijn contactraster op de voorkant van de cel af te drukken. Dit rooster moet zo min mogelijk van het actieve celoppervlak blokkeren tegen blootstelling aan licht en moet voldoende geleidend zijn om de serieweerstand van de zonnecellen laag te houden. De technologische uitdaging in het zeefdrukproces ligt in het creëren van de kleinst mogelijke continu contactvingers met een voldoende hoogte voor een goede laterale geleidbaarheid. Het afdrukken van extreem fijne contactvingers vereist het gebruik van hoogontwikkelde gespecialiseerde schermen en metallisatiepasta's naast volledige beheersing van het metallisatieproces voor zeefdruk.

 

Door samen te werken met industriepartners in fijne lijn zeefdrukmetallisatie, met name met schermfabrikanten Koenen GmbH en Murakami Co. Ltd. en schermchemicaliënleverancier Kissel + Wolf GmbH, zijn we erin geslaagd om de breedte van de contactvingers tot minder te verkleinen dan 20 micrometer - een reductie van 30 tot 40 procent vergeleken met de huidige industriestandaard ”, legt Dr.-Ing uit. Andreas Lorenz, projectmanager in de groep Printing Technology bij Fraunhofer ISE. Innovatieve fijnmazige schermen werden gebruikt bij de metallisatie van gepassiveerde emitter en achtercontact (PERC) zonnecellen in twee onafhankelijke testseries. Met behulp van een dergelijk scherm werd het mogelijk om contactvingers te maken met een breedte van slechts 19 µm en een hoogte van 18 µm in een enkele printstap. Niet alleen zijn de contactvingers extreem smal, hun elektrische eigenschappen zijn ook uitstekend. Bij integratie in modules - met name met nieuwere technologieën zoals multi-busbar-verbinding met 8 tot 15 busbars - maken ze een opmerkelijke vermindering van het vermogensverlies in de contactvingers mogelijk. Deze nieuw ontwikkelde zeefdrukprocessen vereisen tot 30 procent minder zilver in vergelijking met de huidige industriestandaard met een contactvingerbreedte van ongeveer 30 µm.

 

Als onderdeel van het experiment werden PERC-zonnecellen gemetalliseerd met behulp van de optimale schermparameters; een nominale vingerbreedte van 24 µm werd gekozen vanwege de beperking met betrekking tot het beschikbare aantal rails op de zonnecel (in dit geval 5). De beste PERC-zonnecel in deze testreeks behaalde een efficiëntie van h = 22,1%.

 

Met behulp van zeer geavanceerde scherm- en plaksystemen voor fijne metallisatie, zou het mogelijk kunnen zijn om in de nabije toekomst op industriële schaal zonnecellen te gaan produceren met bijna onzichtbare contactvingers op industriële schaal. Dit zou een groot voordeel zijn voor toepassingen in geïntegreerde fotovoltaïsche systemen, waar esthetische, homogene module-oppervlakken veel gevraagd zijn, ”zegt Dr. Florian Clement, hoofd van de afdeling Productietechnologie - structurering en metallisatie bij Fraunhofer ISE.

 

De resultaten van deze testseries worden gepresenteerd op twee aanstaande PV-conferenties - de 36e EU PVSEC in Marseille, Frankrijk en de 29e PVSEC in Xi'an, China.

 

Het samenwerkingsproject "FINALE", dat zich richt op de ontwikkeling van fijne zeefdrukprocessen en waarbij de onderzoekers deze resultaten gedeeltelijk behaalden, werd gefinancierd door het Duitse Federale Ministerie van Economische Zaken en Energie BMWi en uitgevoerd in samenwerking met industriepartners Koenen GmbH , Kissel + Wolf GmbH en Wickon Hightech GmbH.

 

Verdere fijne zeefdrukresultaten die hier worden gepresenteerd, zijn gerealiseerd binnen een samenwerking tussen Murakami Co. Ltd. en Fraunhofer ISE.