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Nell'industria solare fotovoltaica, il metodo di stampa serigrafica utilizzato per creare modelli di contatto rappresenta la maggior parte dei processi di metallizzazione per le celle solari in wafer di silicio. La metallizzazione dei contatti mediante co-cottura di paste metalliche serigrafate anteriori e posteriori per celle solari standard di tipo mainstreamp è un processo utilizzato prevalentemente.
Le celle solari serigrafate richiedono contatti metallici sulla superficie anteriore per consentire alla corrente di fluire dai vettori generati. Il design dei contatti metallici anteriori è fondamentale. Il contatto metallico è costituito da dita e sbarre. Il contatto metallico ha 2 o più sbarre. Il maggior numero di sbarre può consentire una ridotta altezza delle dita serigrafate per una perdita resistiva del metallo. Il design è ottimizzato in base alla perdita di ombreggiatura e alla perdita di resistenza del metallo. Elettricamente, influenzerà rispettivamente JSCorRS. La larghezza tipica della larghezza del dito è 55 – 80 μm. Il contatto frontale (argento) trasporta la corrente dalle regioni periferiche della cella alle sbarre, che sono tipicamente perpendicolari alle dita. le celle sono interconnesse per formare moduli. Quando le celle sono collegate per formare un modulo, il nastro di interconnessione viene saldato alle sbarre collettrici e si collega ai contatti di tipo p sulla superficie posteriore della cella adiacente in una stringa di celle.
Nel video qui sotto mostriamo il processo di serigrafia presso il Solar Industrial Research Facility (SIRF) presso UNSW Sydney.
Contatto frontale
Il modello di contatto frontale in argento è stampato direttamente sul rivestimento antiriflesso in nitruro di silicio (ARC). Pertanto, è necessario che il modello d'argento penetri attraverso il rivestimento ARC per stabilire un contatto elettrico con il silicio. Il contatto elettrico avviene quando la cella viene cotta in un forno di cottura in linea. Il contatto posteriore avviene anche durante il processo di co-combustione. Il processo di co-cottura comporta una temperatura di cottura di picco in un intervallo da 750 a 870 °C per 5 secondi o meno. Durante il processo, la pasta incide il rivestimento ARC e penetra attraverso lo strato e forma un contatto ohmico con il silicio sottostante. Tuttavia, è importante ottimizzare la temperatura e il tempo di cottura. Quando il processo di cottura viene eseguito a una temperatura troppo elevata oa un tempo troppo lungo, il contatto frontale può penetrare più in profondità nel silicio e creare un contatto vicino alla giunzione. Ciò aumenterà efficacemente la resistenza di contatto (quindi RS più alta) poiché il metallo entrerà in contatto con la regione più resistiva del wafer. Oltre ai leganti e al solvente necessari per consentire la serigrafia (come descritto per la serigrafia su alluminio), la pasta d'argento contiene particelle d'argento, fritte di vetro (particelle) e additivi come piombo o bismuto che riducono la temperatura di fusione dell'argento e aiuta a bagnare la superficie per un contatto uniforme. Un'immagine di uno schermo frontale per una cella solare a 3 bus bar è mostrata nella Figura 1.
Contatto posteriore
La maggior parte della superficie posteriore della cella solare è serigrafata con pasta di alluminio per formare l'elettrodo posteriore. Inoltre, le linguette sono anche stampate con pasta d'argento per l'interconnessione ad altre celle mediante saldatura. L'ottimizzazione del contatto posteriore non è così critica come il contatto anteriore, ma è comunque importante ottimizzare per migliorare le prestazioni del posteriore. Viene stampato uno spesso strato di pasta di alluminio (tipicamente ~ 30 μm), con spazi deliberati e asciugato prima che anche la pasta d'argento venisse stampata per formare le linguette della sbarra d'argento. Uno strato di alluminio indesideratamente spesso può portare a un incurvamento del wafer durante la cottura in linea. La cottura attraverso il forno in linea comporta un rapido riscaldamento e raffreddamento, che può aumentare lo stress nel wafer di Si a causa della differenza nel coefficiente di dilatazione termica tra Si e Al. La tolleranza per l'arco del wafer è fino a 1,5 mm, altrimenti influirà sul processo di fabbricazione del modulo. Attualmente, la maggior parte delle celle solari industriali ha un contatto posteriore completamente in alluminio (la cosiddetta cella solare con campo di superficie posteriore in alluminio (Al-BSF). Questa tecnologia ha ancora una quota di mercato del 70%, anche se si prevede che diminuirà nel prossimo dieci anni [1]. Durante il processo di cottura nel processo di cottura e l'eutettico alluminio-silicio si forma a temperature di cottura superiori a 570 ° C. Durante la fase di raffreddamento il silicio si ricristallizza e si forma uno strato di silicio drogato con alluminio dove la concentrazione di alluminio è determinata dalla temperatura alla quale avviene la cristallizzazione regolata dal diagramma di stato alluminio-silicio.Questa ricristallizzazione continua fino al raggiungimento della temperatura eutettica e tutto il liquido cristallizza.Questo processo si traduce quindi in una regione drogata di tipo ap nella parte posteriore del cella solare che aiuta nella raccolta dei fori, inoltre riduce anche la ricombinazione della superficie posteriore.
Nel video qui sotto vi mostriamo la fase di accensione dei contatti, che è la fase finale nella produzione di celle solari.
Doppia stampa
Il metodo di serigrafia standard per la metallizzazione del lato anteriore delle celle solari al silicio è un processo affidabile e ben compreso con elevate velocità di produzione. Le larghezze di linea tipiche richieste per garantire la stabilità del processo e una resistenza del metallo sufficientemente inferiore è di circa 120 μm. Per ottenere una maggiore efficienza delle celle solari in silicio cristallino, è necessario migliorare sia la tensione a circuito apertoVOC che la densità di corrente di cortocircuitoJSC. Un approccio per migliorarli consiste nell'avere emettitori ad alta resistenza del foglio. La pasta per schermi è stata ottimizzata per entrare in contatto con emettitori a basso drogaggio, quindi una maggiore resistenza del foglio. Tuttavia, una maggiore resistenza del foglio porterà a una maggiore resistenza in serie Rs dalla resistenza laterale della cella, che può ridurre il fattore di riempimento. Ciò può essere compensato dalla spaziatura delle dita, che aumenta la frazione dell'area di ombreggiatura della struttura del lato anteriore. Pertanto, è necessaria una riduzione della larghezza della linea, per ridurre al minimo le perdite di ombreggiatura. Ridurre la larghezza del dito riducendo la larghezza dell'apertura della linea nello schermo può superare, ma ciò può portare a un'area della sezione trasversale più piccola delle dita, che può portare a una maggiore resistenza del metallo. Questo può essere mitigato eseguendo una doppia stampa che può aumentare significativamente l'altezza delle dita metalliche. Ciò è reso possibile dall'eccellente uniformità di allineamento dell'attuale generazione di stampanti serigrafiche che hanno una precisione di allineamento di 15 µm o superiore. Un ulteriore vantaggio è che potenziali interruzioni delle dita della prima stampa possono essere riparate dalla seconda stampa poiché è improbabile che le interruzioni di due stampanti serigrafiche diverse si verifichino nella stessa posizione.
