Nova tecnologia de metalização para células solares HJT minimiza o uso de prata e aumenta a eficiência

Da pv magazine Global

Pesquisadores do Instituto Fraunhofer de Sistemas de Energia Solar da Alemanha (Fraunhofer ISE) otimizaram a metalização frontal de células solares de heterojunção de silício (SHJ) usando uma disposição de prata muito baixa para interconexão de vários fios.

“Essa abordagem é fácil de implementar, pois requer apenas a utilização de telas de linha fina suficientes em combinação com um layout de grade otimizado”, disse o autor correspondente, Andreas Lorenz, à pv magazine.

Para otimizar o processo de metalização, os pesquisadores levaram em conta três parâmetros de produção – a técnica de impressão, o “finger pitch” e o “finger width”. “Um dos principais desafios para os próximos anos é a crescente escassez de recursos críticos, ou seja, prata, índio e bismuto”, disse o grupo de pesquisa. “A necessidade de reduzir a disposição de prata é particularmente urgente para as células solares SHJ, pois a pasta de prata geralmente é aplicada nas laterais dianteira e traseira de arquiteturas de células típicas”.

Em seu trabalho, os cientistas examinaram apenas a aplicação de prata na parte frontal. Em primeiro lugar, eles examinaram telas de impressão sem nós versus padrão. No primeiro caso, eles usaram uma tela de malha fina avançada sem nós conhecida como 520 X 11 X 0°, e no segundo, uma tela de malha fina angulada convencional conhecida como 520 X 11 X 22,5°.

“A metalização frontal é serigrafada usando ambos os tipos de tela com as mesmas condições de impressão e uma velocidade de impressão/inundação de impressão/inundação = 300 mm/s”, acrescentaram, observando que o método sem nós obteve uma largura média do dedo mais estreita em 1,3 μm em comparação com o procedimento padrão.

Quanto ao pitch dos dedos de prata, o grupo testou um pitch de 1,3 mm, resultando em 120 dedos, e um pitch de 1 mm, resultando em 156 dedos. No caso do pitch de 1,3, foi necessário um total de 19 mg de pasta de prata, enquanto no caso de 1 mm, subiu para 21 mg.

“A redução do passo do dedo resulta em um aumento do fator de preenchimento (FF), enquanto a densidade de corrente de curto-circuito diminui devido ao aumento do sombreamento”, afirmaram os acadêmicos. Ambos os efeitos se compensam em grande medida neste caso específico, resultando em uma eficiência de conversão comparável para ambos os grupos.

Além disso, os pesquisadores testaram três larguras de dedos – 20 μm, 18 μm e 15 μm. Durante o teste, descobriram que é possível imprimir um layout de grade uniforme com uma largura de 15 μm, resultando em uma redução de prata de 5 mg em comparação com 20 μm, além de um aumento de eficiência de 0,14%.

Seguindo este método de otimização, o grupo fabricou células solares otimizadas com a avançada tela de malha fina sem nós 520 X 11 X 0°, com uma coceira no dedo de 1 mm e uma largura de 15 μm. Estas foram comparadas com células não otimizadas, que utilizaram a tela de malha fina angulada convencional 520 X 11 X 22,5°, com coceira no dedo de 1,3 mm e largura de 20 μm.

“O grupo otimizado obteve uma eficiência média de conversão de 23,2%, o que corresponde a um ganho de 0,17% em relação às células de referência sem a otimização descrita”, concluíram. “Além disso, a pasta de prata desse grupo poderia ser reduzida em ~ 2 mg. Isso enfatiza a importância da otimização consistente do processo de serigrafia em termos de desempenho da célula e utilização de recursos para células solares SHJ”.

Suas descobertas foram apresentadas em “Towards a cutting-edge metallization process for silicon heterojunction solar cells with very low silver laydown“, publicado na revista Progress in Photovoltaics. O grupo de pesquisa incluiu cientistas da empresa alemã de componentes eletrônicos Yageo Nexensos GmbH.