المصدر: fraunhofer
جنبا إلى جنب مع شركائهم في المشروع ، نجح العلماء في مركز تقييم التكنولوجيا الكهروضوئية PV-TEC في معهد فراونهوفر لأنظمة الطاقة الشمسية في فرايبورغ في تحسين عملية طباعة الشاشة التقليدية من أجل المعدنة الدقيقة لخلايا السليكون الشمسية. باستخدام شاشات رفيعة المستوى تم تطويرها خصيصًا ، تمكن فريق المشروع من إنشاء أصابع تلامسية بعرض 19 ميكرون فقط وارتفاعه 18 ميكرون في خطوة طباعة واحدة. وهذا يعني أن هناك حاجة إلى الفضة بنسبة تصل إلى 30 في المائة ، مما يؤدي بدوره إلى انخفاض كبير في تكاليف التصنيع.
تعتمد خلايا الطاقة الشمسية السيليكونية على أقطاب معدنية على جانبيها الأمامي والخلفي لحمل الطاقة الكهربائية المولدة في مادة أشباه الموصلات الناتجة عن تشعيع الضوء. تحقيقًا لهذه الغاية ، تُستخدم عادةً عملية طباعة الشاشة المسطحة لطباعة شبكة اتصال دقيقة على الجانب الأمامي للخلية. يجب أن تمنع هذه الشبكة أقل قدر ممكن من سطح الخلية النشطة من التعرض للضوء ويجب أن تكون موصلة بما فيه الكفاية للحفاظ على مقاومة سلسلة الخلايا الشمسية منخفضة. يكمن التحدي التكنولوجي في عملية طباعة الشاشة في إنشاء أضيق أصابع اتصال مستمرة ممكنة مع ارتفاع كاف للتوصيل الجانبي الجيد. تتطلب طباعة أصابع التلامس الدقيقة استخدام الشاشات المتخصصة عالية اللصق والمعاجين المعدنية بالإضافة إلى إتقان تام لعملية تعدين طباعة الشاشة.
"من خلال العمل مع شركاء الصناعة في عملية طباعة الشاشة على الخطوط الدقيقة ، خاصةً مع مصنعي الشاشة Koenen GmbH و Murakami Co. Ltd. ، وكذلك المزود الكيميائي للشاشة Kissel + Wolf GmbH ، تمكنا من تقليل عرض أصابع الاتصال إلى أقل من 20 ميكرومتر - تخفيض بنسبة 30 إلى 40 في المائة مقارنةً بمعيار الصناعة الحالي "، يوضح Dr.-Ing. أندرياس لورينز ، مدير المشروع في مجموعة تقنية الطباعة في فراونهوفر ISE. تم استخدام الشاشات المبتكرة ذات الشبكات الدقيقة في تمعدن الخلايا الشمسية الباعثة للتخليص والاتصال الخلفي (PERC) في سلسلتي اختبار مستقلتين. استخدام مثل هذه الشاشة جعل من الممكن إنشاء أصابع تلامسية بعرض 19 ميكرون فقط وارتفاعها 18 ميكرون في خطوة طباعة واحدة. ليس فقط أن أصابع التلامس ضيقة للغاية ، كما أن خصائصها الكهربائية رائعة أيضًا. عند دمجها في الوحدات النمطية - لا سيما مع التقنيات الحديثة مثل التوصيل البيني متعدد القضبان مع 8 إلى 15 أشرطة باص - فإنها تتيح تقليل ملحوظ في فقدان الطاقة في أصابع الاتصال. تتطلب عمليات طباعة الشاشة المطورة حديثًا الفضة أقل بنسبة تصل إلى 30 في المائة مقارنة بمعايير الصناعة الحالية التي يبلغ عرض إصبع التلامس حوالي 30 ميكرون.
كجزء من التجربة ، تم تمعدن خلايا PERC الشمسية باستخدام معلمات الشاشة المثلى ؛ تم اختيار عرض إصبع رمزي من 24 ميكرون بسبب القيد فيما يتعلق بالعدد المتوفر من أشرطة القضبان على الخلية الشمسية (في هذه الحالة 5). حققت أفضل خلية شمسية PERC في سلسلة الاختبار هذه كفاءة قدرها 22.1٪.
" باستخدام أنظمة الشاشة واللصق عالية الهندسة لتلميع الخطوط الدقيقة ، قد يكون من الممكن البدء في تصنيع الخلايا الشمسية بأصابع تلامس غير مرئية تقريبًا على نطاق صناعي في المستقبل القريب. يقول الدكتور فلوريان كليمنت ، رئيس قسم تكنولوجيا الإنتاج - هيكلة وتعدين المعادن في Fraunhofer ISE ، إن هذا سيمثل ميزة كبيرة للتطبيقات في الخلايا الكهروضوئية المتكاملة ، حيث هناك حاجة إلى السطوح الجمالية المتجانسة للوحدة النمطية.
سيتم تقديم نتائج سلسلة الاختبارات هذه في مؤتمرين للجهد الكهروضوئي القادم - مؤتمر PVSEC الأوروبي السادس والثلاثون في مرسيليا ، فرنسا ، و PVSEC التاسع والعشرون في مدينة شيآن ، الصين.
المشروع التعاوني "FINALE" ، الذي يركز على تطوير عمليات طباعة الشاشة الدقيقة والتي حقق الباحثون فيها جزئيًا هذه النتائج ، تم تمويله من قبل الوزارة الاتحادية الألمانية للشؤون الاقتصادية والطاقة BMWi وتم تنفيذه بالتعاون مع شركاء الصناعة Koenen GmbH و Kissel + Wolf GmbH و Wickon Hightech GmbH.
تم تحقيق المزيد من نتائج طباعة الشاشة الدقيقة التي تم تقديمها هنا من خلال التعاون بين Murakami Co. Ltd. و Fraunhofer ISE.