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Dans l’industrie solaire photovoltaïque, la méthode de sérigraphie utilisée pour fabriquer un motif de contact représente la majorité des processus de métallisation des cellules solaires à plaquettes de silicium. La métallisation par contact par co-cuisson de pâtes métalliques sérigraphiés avant et arrière pour les cellules solaires standard de type p grand public est un processus principalement utilisé.
Les cellules solaires sérigraphiés nécessitent des contacts métalliques de surface avant pour permettre au courant de circuler des porteurs générés. La conception des contacts métalliques avant est essentielle. Le contact métallique est constitué de doigts et de barres de bus. Le contact métallique a 2 barres de bus ou plus. Le plus grand nombre de barres de bus peut permettre une hauteur réduite des doigts sérigraphiés pour une perte résistif en métal. La conception est optimisée en fonction de la perte d’ombrage et de la perte de résistance du métal. Électriquement, il affectera soit JSC ou RS, respectivement. La largeur typique de la largeur du doigt est de 55 à 80 μm. Le contact avant (argent) transporte le courant des régions périphériques de la cellule vers les barres de bus, qui sont généralement perpendiculaires aux doigts. les cellules sont interconnectées pour former des modules. Lorsque les cellules sont connectées pour créer un module, le ruban d’interconnexion est soudé aux barres de bus et se connecte aux contacts de type p sur la surface arrière de la cellule adjacente dans une chaîne de cellules.
Dans la vidéo ci-dessous, nous montrons le processus de sérigraphie au Solar Industrial Research Facility (SIRF) à l’UNSW Sydney.
Contact frontal
Le motif de contact frontal argenté est imprimé directement sur le revêtement antireflet (ARC) en nitrure de silicium. Par conséquent, le motif en argent est nécessaire pour pénétrer à travers le revêtement ARC pour établir un contact électrique avec le silicium. Le contact électrique est effectué lorsque la cellule est co-alimentée dans un four de cuisson en ligne. Le contact arrière est également effectué pendant le processus de co-tir. Le processus de co-cuisson implique une température de cuisson maximale dans une plage de 750 à 870 °C pendant 5 secondes ou moins. Au cours du processus, la pâte grave le revêtement ARC et pénètre à travers la couche et forme un contact ohmique avec le silicium sous-jacent. Cependant, il est important d’optimiser la température et le temps de cuisson. Lorsque le processus de cuisson est effectué à une température trop élevée ou trop longue, le contact avant peut pénétrer plus profondément dans le silicium et établir un contact près de la jonction. Cela augmentera efficacement la résistance de contact (donc RS plus élevé) car le métal établira un contact avec la région la plus résistife de la plaquette. En plus des liants et du solvant requis pour permettre la sérigraphie (comme décrit pour la sérigraphie en aluminium), la pâte d’argent contient des particules d’argent, des frittes de verre (particules) et des additifs tels que le plomb ou le bismuth qui réduisent la température de fusion de l’argent et aident à mouiller la surface pour un contact uniforme. Une image d’un écran avant pour une cellule solaire à barre de bus 3 est illustrée à la figure 1.
Contact arrière
La majeure partie de la surface arrière de la cellule solaire est sérigraphié avec de la pâte d’aluminium pour former l’électrode arrière. De plus, les languettes sont également imprimées avec de la pâte d’argent pour l’interconnexion à d’autres cellules par soudure. L’optimisation du contact arrière n’est pas aussi critique que le contact avant, mais il est toujours important d’optimiser pour améliorer les performances arrière. Une épaisse couche de pâte d’aluminium (généralement ~ 30 μm) est imprimée, avec des lacunes délibérées et séchée avant que la pâte d’argent ne soit également imprimée pour former les languettes de barre d’autobus en argent. Une couche d’aluminium d’une épaisseur indésirable peut conduire à un arc de plaquette lors de la cuisson en ligne. La cuisson par four en ligne implique un chauffage et un refroidissement rapides, ce qui peut augmenter la contrainte dans la plaquette de Si en raison de la différence de coefficient de dilatation thermique entre si et al. La tolérance pour l’arc de plaquette est jusqu’à 1,5 mm sinon cela affectera le processus de fabrication du module. Actuellement, la plupart des cellules solaires industrielles ont un contact arrière en aluminium complet (la cellule solaire dite du champ arrière en aluminium (Al-BSF). Cette technologie d’une part de marché de 70 %, même si elle devrait diminuer au cours des dix prochaines années [1]. Au cours du processus de cuisson dans le processus de cuisson et l’eutectique aluminium-silicium est formé à des températures de cuisson supérieures à 570 oC. Pendant la phase de refroidissement, le silicium se recristalise et une couche de silicium dopé à l’aluminium se forme où la concentration en aluminium est déterminée par la température à laquelle la cristallisation a lieu régie par le diagramme de phase aluminium-silicium. Cette recristallisation se poursuit jusqu’à ce que la température eutectique soit atteinte et que l’ensemble du liquide cristallise. Ce processus aboutit donc à une région dié de type p à l’arrière de la cellule solaire qui aide à la collecte des trous. En outre, cela réduit également la recombinaison de la surface arrière.
Dans la vidéo ci-dessous, nous vous montrons l’étape de tir de contact, qui est la dernière étape de la fabrication de cellules solaires.
Double impression
La méthode de sérigraphie standard pour la métallisation frontale des cellules solaires en silicium est un processus fiable et bien compris avec des débits élevés. La largeur de ligne typique requise pour assurer la stabilité du procédé et une résistance suffisamment faible du métal est d’environ 120 μm. Pour obtenir une plus grande efficacité des cellules solaires en silicium cristallin, les COV de tension en circuit ouvert et la densité de courant de court-circuit JSC doivent être améliorées. Une approche pour les améliorer est d’avoir des émetteurs à haute résistance de feuille. La pâte d’écran a été optimisée pour entrer en contact avec des émetteurs faiblement dopés, d’où une résistance plus élevée des feuilles. Cependant, une résistance plus élevée de la feuille conduira à une résistance en série plus élevée Rs de la résistance latérale de la cellule, ce qui peut réduire le facteur de remplissage. Cela peut être compensé par l’espacement des doigts, ce qui augmente la fraction de la zone d’ombrage de la structure latérale avant. Par conséquent, une réduction de la largeur de ligne est nécessaire pour minimiser les pertes d’ombrage. Réduire la largeur du doigt en réduisant la largeur de l’ouverture de la ligne dans l’écran peut surmonter, mais cela peut conduire à une section transversale plus petite des doigts, ce qui peut conduire à une résistance plus élevée du métal. Cela peut être atténué en effectuant une double impression qui peut augmenter considérablement la hauteur des doigts métalliques. Ceci est rendu possible par l’excellente uniformité d’alignement de la génération actuelle d’imprimantes sérigraphies qui ont une précision d’alignement de 15 μm ou mieux. Un avantage supplémentaire est que les interruptions potentielles des doigts de la première impression peuvent être corrigées par la deuxième impression, car il est peu probable que les interruptions de deux imprimantes sérigraphes différentes se produisent à la même position.
