19 июн. 2009 г.

Основы технологии солнечных элементов. Лицевая металлизация

Продолжаем виртуальную экскурсию по процессу производства солнечных элементов и подходим к одному из последних этапов – нанесению контактной металлизации. При поддержке компании Авенстон.

Лицевая сторона солнечного элемента

Лицевая поверхность служит в первую очередь для максимального поглощения излучения, падающего на нее, чем и определяются технические требования к контактной металлизации. Именно по этой причине контакт, расположенный на рабочей стороне солнечного элемента, выполняется в виде решетки, обычно состоящей из 2-3 широких контактных площадок и нескольких десятков тонких токособирающих линий, расположенных перпендикулярно к широким.

При выборе дизайна лицевого контакта инженерам приходится решать две противоположные задачи. Во-первых, для снижения оптических потерь, вызванных затенением рабочей поверхности металлом, они стараются выполнить линии решетки как можно более тонкими и расположить их как можно дальше друг от друга. Во-вторых, так как поверхность элемента имеет определенное электрическое сопротивление (определяется режимами формирования p-n перехода при помощи диффузии), то при очень большом расстоянии между элементами контактной решетки часть носителей заряда просто не успевает достигать контакта и рекомбинирует внутри полупроводникового материала. Поэтому для снижения электрических потерь при заданном поверхностном сопротивлении пластины расстояние между линиями контактной решетки не может превышать определенного значения. Тоже самое касается и ширины линий – чем тоньше линия, тем лучше для оптики, но тем меньший ток сможет провести такой контакт. Плюс сам способ формирования металлизации имеет свои ограничения по минимальной ширине линий. Так, например, контакт шириной 125 мкм сделать достаточно просто и недорого, а контакт шириной 80 мкм – это уже удел лабораторий и энтузиастов.

Обычно для снижения стоимости солнечного элемента контактная металлизация наносится методом трафаретной печати или как ее еще называют – шелкографии. Суть этого метода состоит в том, что при помощи так называемого ракеля (если очень просто, то резинового бруска) через мелкую сетку трафарета продавливается паста, в состав которой входят металлические шарики, флюс и различные связывающие добавки. На сетке предварительно сформирован рисунок, задающий места, в которых паста должна быть нанесена на пластину, а в которых – нет. После этого паста подсушивается, и пластина поступает в печь вжигания, где при температуре более 800 градусов металл впекается в поверхность солнечного элемента.


Трафаретный принтер компании Ami

Так как паста содержит достаточно твердые компоненты, то для увеличения стойкости при производстве солнечных элементов применяются трафареты, выполненные на металлических сетках. Ширина тонких линий контактной металлизации выдвигает требования к параметрам сита, в котором обычно бывает от 165 до 325 отверстий на каждый дюйм. Это позволяет получать в итоге контакты шириной 125 мкм, расположенные в необходимом месте с точностью позиционирование не хуже 10 мкм. Более детально метод трафаретной печати и собственно трафареты я планирую рассмотреть немного позже.

Для формирования лицевой металлизации солнечных элементов сегодня используются сложные по составу серебросодержащие пасты. Тип пасты и ее свойства являются очень важными для получения хороших параметров готового изделия. По моим оценкам за несколько лет только благодаря техническим улучшениям паст, производителям удалось поднять КПД солнечных элементов на 1-1,5%. А с учетом того, что КПД обычного кремниевого наземного элемента в настоящее время лежит в пределах 15-17%, то такая добавка является более чем существенной.

Кроме рассмотренных выше проблем, возникающих при формировании лицевой контактной металлизации, я не могу не коснуться еще одного важного момента. Как вы помните, p-n переход залегает на глубине около 0,5 мкм. При вжигании серебряной пасты металл должен как можно сильнее войти в n-слой кремния, но при этом не достичь p-слоя. Иначе будет иметь место электрический контакт между двумя типами полупроводника и солнечный элемент окажется короткозамкнутым. Такое требование очень усложняет задачу вжигания пасты, которая должна проникнуть в пластину с поистине ювелирной точностью. Для этого температурную обработку проводят в специальных высокоскоростных печах, обеспечивающих пиковое воздействие на пластину в течение времени около 10-15 секунд.

Конечно, многие производители по старинке пользуются медленными конвейерными печами, в которых пластины находятся в зоне вжигания около 3 минут, и тоже получают приемлемые параметры изделий. Но я со всей ответственностью заявляю, что простой переход на использование высокоскоростных печей сразу же позволит увеличить КПД солнечного элемента как минимум на 0,5%. А это уже значительный выигрыш по суммарной мощности продукции, выпускаемой в год.

Конвейерная печь для вжигания паст

В ближайших выпусках я продолжу тему контактной металлизации солнечных элементов и мы детально обсудим технологию формирования тыльной металлизации.

Специально для сайта "Солнечная энергетика"

Рекомендую: Для желающих более глубоко изучить рассмотренный вопрос предлагаю ознакомиться с моей статьей "Вибір оптимального режиму вжигання металічних паст компанії ESL".

1 комментарий:

Анонимный комментирует...

У меня картинки, как это всё происходит, так в воображении и не возникло :(