طباعة الشاشة&الحرق المشترك لصنع الخلايا الشمسية

pv-manufacturing.org

في صناعة الطاقة الشمسية الكهروضوئية ، تستخدم طريقة طباعة الشاشة لعمل حسابات أنماط الاتصال لغالبية عمليات المعدن لخلايا رقاقة السيليكون الشمسية. تعد معالجة التلامس عن طريق إطلاق النار المشترك للمعاجين المعدنية المطبوعة على الشاشة الأمامية والخلفية للخلايا الشمسية القياسية من النوع السائد عملية شائعة الاستخدام.

تتطلب الخلايا الشمسية المطبوعة على الشاشة ملامسات معدنية للسطح الأمامي للسماح للتيار بالتدفق من الناقلات المتولدة. يعد تصميم نقاط التلامس المعدنية الأمامية أمرًا بالغ الأهمية. الاتصال المعدني مصنوع من أصابع وقضبان. يحتوي التلامس المعدني على قضيبين أو أكثر. يمكن أن يسمح العدد الأكبر من القضبان بتقليل ارتفاع الأصابع المطبوعة على الشاشة من أجل فقدان مقاومة المعدن. تم تحسين التصميم بناءً على فقدان التظليل وفقدان مقاومة المعدن. كهربائيا ، إما أنها ستؤثر على JSCorRS ، على التوالي. العرض النموذجي لعرض الإصبع هو 55-80 ميكرومتر. يقوم التلامس الأمامي (الفضة) بنقل التيار من المناطق المحيطية للخلية إلى قضبان التوصيل ، والتي تكون عادةً متعامدة مع الأصابع. الخلايا مترابطة لتشكيل وحدات. عندما يتم توصيل الخلايا لإنشاء وحدة نمطية ، يتم لحام شريط التوصيل البيني بأشرطة التوصيل ويتصل بجهات الاتصال من النوع p على السطح الخلفي للخلية المجاورة في سلسلة من الخلايا.

في الفيديو أدناه ، نعرض عملية طباعة الشاشة في منشأة أبحاث الطاقة الشمسية الصناعية (SIRF) في جامعة نيو ساوث ويلز في سيدني.

جهة الاتصال الأمامية

تتم طباعة نمط التلامس الأمامي الفضي مباشرة فوق طلاء نيتريد السيليكون المضاد للانعكاس (ARC). لذلك ، فإن النمط الفضي مطلوب للاختراق من خلال طلاء ARC لإجراء اتصال كهربائي مع السيليكون. يتم إجراء التلامس الكهربائي عندما تشتعل الخلية في فرن إشعال مضمن. يتم إجراء الاتصال الخلفي أيضًا أثناء عملية إطلاق النار المشترك. تتضمن عملية الحرق المشترك ذروة درجة حرارة الحرق في نطاق 750 إلى 870 درجة مئوية لمدة 5 ثوانٍ أو أقل. أثناء العملية ، يقوم المعجون بحفر طلاء ARC ويخترق الطبقة ويشكل اتصالًا أوميًا مع السيليكون الأساسي. ومع ذلك ، من المهم تحسين درجة حرارة ووقت إطلاق النار. عندما تتم عملية إطلاق النار إما في درجة حرارة عالية جدًا أو لفترة طويلة جدًا ، يمكن أن يتغلغل التلامس الأمامي بشكل أعمق في السيليكون ويجعل الاتصال قريبًا من التقاطع. سيؤدي ذلك إلى زيادة مقاومة التلامس بشكل فعال (أعلى من RS) حيث سيتواصل المعدن مع المنطقة الأكثر مقاومة من الرقاقة. بالإضافة إلى المواد اللاصقة والمذيبات المطلوبة لتمكين طباعة الشاشة (كما هو موصوف لطباعة الشاشة المصنوعة من الألومنيوم) ، يحتوي معجون الفضة على جزيئات فضية وفريتات زجاجية (جزيئات) ومواد مضافة مثل الرصاص أو البزموت التي تقلل من درجة حرارة انصهار الفضة وتساعد على تبليل السطح للحصول على اتصال موحد. يظهر الشكل 1 صورة لشاشة أمامية لخلية شمسية مكونة من 3 قضبان.

الاتصال الخلفي

تتم طباعة معظم السطح الخلفي للخلية الشمسية على الشاشة باستخدام عجينة الألومنيوم لتشكيل القطب الخلفي. بالإضافة إلى ذلك ، تُطبع علامات التبويب أيضًا بمعجون فضي للتوصيل البيني بالخلايا الأخرى عن طريق اللحام. لا يعد تحسين الاتصال الخلفي أمرًا بالغ الأهمية مثل التلامس الأمامي ، ولكن لا يزال من المهم التحسين لتحسين الأداء الخلفي. تتم طباعة طبقة سميكة من عجينة الألومنيوم (عادةً حوالي 30 ميكرومتر) ، مع وجود فجوات متعمدة وتجفيفها قبل طباعة عجينة الفضة أيضًا لتشكيل علامات تبويب بسبار الفضة. يمكن أن تؤدي طبقة سميكة غير مرغوب فيها من الألومنيوم إلى انحناء الرقاقة أثناء الحرق المضمن. يتضمن الحرق من خلال الفرن المضمن تسخينًا وتبريدًا سريعًا ، مما قد يؤدي إلى زيادة الضغط في رقاقة Si بسبب الاختلاف في معامل التمدد الحراري بين Si و Al. يصل التفاوت المسموح به لقوس الرقاقة إلى 1.5 مم وإلا فإنه سيؤثر على عملية تصنيع الوحدة. في الوقت الحالي ، تحتوي معظم الخلايا الشمسية الصناعية على تلامس خلفي كامل من الألومنيوم (ما يسمى بالخلية الشمسية في مجال السطح الخلفي للألمنيوم (Al-BSF). لا تزال هذه التقنية تمتلك 70٪ من حصة السوق ، على الرغم من أنه من المتوقع أن تنخفض في اليوم التالي عشر سنوات [1]. أثناء عملية الحرق في عملية الحرق ، تتشكل مادة الألمنيوم والسيليكون سهلة الانصهار عند درجات حرارة إطلاق تزيد عن 570 درجة مئوية. وأثناء مرحلة التبريد ، يتبلور السيليكون ، وتتشكل طبقة سيليكون مخدر بالألمنيوم حيث يتركز تركيز الألمنيوم يتم تحديدها من خلال درجة الحرارة التي يحدث عندها التبلور محكومًا بمخطط طور الألمنيوم والسيليكون. وتستمر عملية إعادة التبلور هذه حتى الوصول إلى درجة حرارة الانصهار وتبلور السائل بالكامل. وبالتالي ينتج عن هذه العملية منطقة مخدرة من النوع ap في الجزء الخلفي من الخلايا الشمسية التي تساعد في تجميع الثقوب ، بالإضافة إلى ذلك يقلل من إعادة تركيب السطح الخلفي أيضًا.

في الفيديو أدناه نعرض لك خطوة إطلاق التلامس ، وهي الخطوة الأخيرة في تصنيع الخلايا الشمسية.

طباعة مزدوجة

تعد طريقة طباعة الشاشة القياسية للمعادن الجانبية الأمامية لخلايا السيليكون الشمسية عملية موثوقة ومفهومة جيدًا بمعدلات إنتاجية عالية. يبلغ عرض الخط النموذجي المطلوب لضمان استقرار العملية ومقاومة المعدن المنخفضة بدرجة كافية حوالي 120 ميكرومتر. لتحقيق كفاءة أعلى للخلايا الشمسية المصنوعة من السيليكون البلوري ، يجب تحسين كل من جهد الدائرة المفتوحة VOC وكثافة تيار الدائرة القصيرة JSC. تتمثل إحدى طرق تحسينها في الحصول على بواعث مقاومة عالية للصفائح. تم تحسين معجون الشاشة للتلامس مع بواعث الإشعاع المنخفض ، وبالتالي مقاومة أعلى للورق ومع ذلك ، ستؤدي مقاومة الألواح العالية إلى مقاومة سلسلة أعلى لمقاومة المقاومة الجانبية للخلية ، مما قد يقلل عامل الملء. يمكن تعويض ذلك من خلال تباعد الأصابع ، مما يزيد من جزء منطقة التظليل من هيكل الجانب الأمامي. لذلك ، من الضروري تقليل عرض الخط لتقليل خسائر التظليل. يمكن التغلب على تقليل عرض الإصبع عن طريق تقليل عرض فتح الخط في الشاشة ، لكن هذا يمكن أن يؤدي إلى مساحة مقطع عرضي أصغر للأصابع ، مما قد يؤدي إلى مقاومة معدنية أعلى. يمكن تخفيف ذلك عن طريق إجراء طباعة مزدوجة يمكن أن تزيد بشكل كبير من ارتفاع الأصابع المعدنية. يتم تمكين ذلك من خلال توحيد المحاذاة الممتاز للجيل الحالي من طابعات الشاشة التي تتميز بدقة محاذاة تبلغ 15 ميكرومتر أو أفضل. ومن المزايا الإضافية أنه يمكن إصلاح الانقطاعات المحتملة للأصابع في البصمة الأولى من خلال البصمة الثانية لأنه من غير المحتمل أن تحدث مقاطعات لطابعتين مختلفتين للشاشة في نفس الموضع.