Source: Fraunhofer
Les scientifiques du Centre d'évaluation des technologies photovoltaïques PV-TEC de l'Institut Fraunhofer pour les systèmes d'énergie solaire, ISE à Fribourg, ont réussi à améliorer le processus de sérigraphie traditionnel pour la métallisation en ligne fine de cellules solaires au silicium. En utilisant des écrans spécialement conçus pour les lignes fines, l'équipe du projet a été capable de créer des doigts de contact d'une largeur de seulement 19 µm et d'une hauteur de 18 µm en une seule étape d'impression. Cela signifie qu'il faut jusqu'à 30% moins d'argent, ce qui entraîne une réduction significative des coûts de fabrication.
Les cellules solaires au silicium reposent sur des électrodes métalliques sur leurs faces avant et arrière pour acheminer l'énergie électrique générée dans le matériau semi-conducteur par irradiation lumineuse. À cette fin, un processus de sérigraphie à plat est généralement utilisé pour imprimer une grille de contact fine sur le côté avant de la cellule. Cette grille doit bloquer le moins possible la surface de la cellule active de l'exposition à la lumière et doit être suffisamment conductrice pour maintenir la résistance en série des cellules solaires à un niveau bas. Le défi technologique du procédé de sérigraphie consiste à créer les doigts de contact continus les plus étroits possibles avec une hauteur suffisante pour une bonne conductivité latérale. L'impression de doigts de contact extrêmement fins nécessite l'utilisation d'écrans et de pâtes de métallisation hautement sophistiqués, en plus de la maîtrise complète du processus de métallisation par sérigraphie.
« En collaborant avec des partenaires du secteur de la métallisation pour la sérigraphie fine, en particulier avec les fabricants d’écrans Koenen GmbH et Murakami Co. Ltd., ainsi que le fournisseur de produits chimiques pour écrans Kissel + Wolf GmbH, nous avons réussi à réduire la largeur des doigts de moins de 20 micromètres - une réduction de 30 à 40% par rapport à la norme actuelle de l’industrie », explique le Dr Ing. Andreas Lorenz, chef de projet du groupe des technologies d'impression à Fraunhofer ISE. Des tamis à mailles fines innovants ont été utilisés dans la métallisation de cellules solaires à émetteur passivé et à contact arrière (PERC) dans deux séries de test indépendantes. L'utilisation d'un tel écran permettait de créer des doigts de contact d'une largeur de seulement 19 µm et d'une hauteur de 18 µm en une seule étape d'impression. Non seulement les doigts de contact sont extrêmement étroits, mais leurs propriétés électriques sont également exceptionnelles. Lorsqu'ils sont intégrés dans des modules, en particulier avec des technologies plus récentes telles que l'interconnexion à plusieurs jeux de barres entre 8 et 15 bus, ils permettent une réduction notable de la perte de puissance dans les doigts de contact. Ces nouveaux procédés de sérigraphie nécessitent jusqu’à 30% d’argent en moins par rapport au standard actuel du secteur, avec une largeur de doigt de contact d’environ 30 µm.
Dans le cadre de l'expérience, les cellules solaires PERC ont été métallisées en utilisant les paramètres optimaux de l'écran; une largeur nominale de doigt de 24 µm a été choisie en raison de la limitation du nombre de barres disponibles sur la cellule solaire (dans ce cas 5). La meilleure cellule solaire PERC de cette série de tests a atteint une efficacité de h = 22,1%.
« En utilisant des systèmes d'écran et de pâte de haute technologie pour la métallisation en ligne fine, il pourrait être possible de commencer à fabriquer des cellules solaires avec des doigts de contact presque invisibles à une échelle industrielle dans un avenir proche. Cela représenterait un grand avantage pour les applications photovoltaïques intégrées, où les surfaces de modules esthétiques et homogènes sont en demande », déclare le Dr. Florian Clement, responsable du département Technologie de production - Structuration et métallisation chez Fraunhofer ISE.
Les résultats de ces séries de tests seront présentés lors de deux conférences PV à venir: la 36ème conférence PVSEC de l'UE à Marseille, en France et la 29ème conférence de PVSEC à Xi'an, en Chine.
Le projet collaboratif «FINALE», qui porte en partie sur ces résultats, porte sur le développement de procédés de sérigraphie fine, financé par le ministère fédéral allemand de l'Économie et de l'Énergie, BMWi, et mené en collaboration avec des partenaires industriels, Koenen GmbH. , Kissel + Wolf GmbH et Wickon Hightech GmbH.
Les autres résultats de sérigraphie fine présentés ici ont été obtenus dans le cadre d'une coopération entre Murakami Co. Ltd. et Fraunhofer ISE.
