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Na indústria solar fotovoltaica, o método de serigrafia usado para fazer o padrão de contato é responsável pela maioria dos processos de metalização de células solares de pastilha de silício. A metalização de contato por co-queima de pastas de metal impressas na tela frontal e traseira para células solares padrão do tipo mainstreamp é um processo usado predominantemente.
As células solares serigrafadas requerem contatos de metal na superfície frontal para permitir que a corrente flua dos portadores gerados. O projeto dos contatos de metal frontais é crítico. O contato de metal é feito de dedos e barramentos. O contato de metal tem 2 ou mais barramentos. O maior número de barramentos pode permitir uma altura reduzida dos dedos impressos na tela para uma perda resistiva do metal. O design é otimizado com base na perda de sombreamento e na perda de resistência do metal. Eletricamente, isso afetará o JSCorRS, respectivamente. A largura típica da largura do dedo é de 55 - 80 μm. O contato frontal (prata) transporta a corrente das regiões periféricas da célula para os barramentos, que são normalmente perpendiculares aos dedos. as células são interconectadas para formar módulos. Quando as células são conectadas para formar um módulo, a fita de interconexão é soldada aos barramentos e se conecta aos contatos do tipo p na superfície posterior da célula adjacente em uma série de células.
No vídeo abaixo, mostramos o processo de impressão da tela no Solar Industrial Research Facility (SIRF) na UNSW Sydney.
Contato frontal
O padrão de contato frontal prateado é impresso diretamente sobre o revestimento anti-reflexo de nitreto de silício (ARC). Portanto, o padrão de prata é necessário para penetrar através do revestimento ARC para fazer um contato elétrico com o silício. O contato elétrico é feito quando a célula é queimada em conjunto em um forno de queima em linha. O contato traseiro também é feito durante o processo de co-queima. O processo de co-queima envolve um pico de temperatura de queima na faixa de 750 a 870 ° C por 5 segundos ou menos. Durante o processo, a pasta grava o revestimento ARC e penetra através da camada e forma um contato ôhmico com o silício subjacente. No entanto, é importante otimizar a temperatura e o tempo de queima. Quando o processo de queima é feito em temperatura muito alta ou muito tempo, o contato frontal pode penetrar mais profundamente no silício e fazer um contato próximo à junção. Isso aumentará efetivamente a resistência de contato (RS tão mais alto), pois o metal fará um contato com a região mais resistiva do wafer. Além dos aglutinantes e do solvente necessários para permitir a impressão da tela (conforme descrito para a impressão da tela de alumínio), a pasta de prata contém partículas de prata, fritas de vidro (partículas) e aditivos como chumbo ou bismuto que reduzem a temperatura de fusão da prata e ajuda a molhar a superfície para um contato uniforme. Uma imagem de uma tela frontal para uma célula solar de 3 barramentos é mostrada na Figura 1.
Contato traseiro
A maior parte da superfície posterior da célula solar é impressa em tela com pasta de alumínio para formar o eletrodo traseiro. Além disso, as abas também são impressas com pasta de prata para a interconexão com outras células por soldagem. A otimização do contato traseiro não é tão crítica quanto o contato frontal, mas ainda é importante otimizar para melhorar o desempenho traseiro. Uma espessa camada de pasta de alumínio (normalmente ~ 30 μm) é impressa, com lacunas deliberadas e seca antes que a pasta de prata também seja impressa para formar as guias do barramento de prata. Uma camada de alumínio indesejavelmente espessa pode causar um arqueamento do wafer durante o cozimento em linha. A queima através do forno em linha envolve um rápido aquecimento e resfriamento, o que pode aumentar a tensão no wafer de Si devido à diferença no coeficiente de expansão térmica entre Si e Al. A tolerância para o arco do wafer é de até 1,5 mm, caso contrário, afetará o processo de fabricação do módulo. Atualmente, a maioria das células solares industriais tem um contato traseiro totalmente de alumínio (a chamada célula solar de campo de superfície traseira de alumínio (Al-BSF). Esta tecnologia ainda tem uma participação de mercado de 70%, embora deva cair nos próximos dez anos [1]. Durante o processo de queima no processo de queima e a eutética alumínio-silício é formada em temperaturas de queima superiores a 570oC. Durante a fase de resfriamento, o silício recristaliza e uma camada de silício dopado com alumínio é formada onde a concentração de alumínio é determinada pela temperatura na qual a cristalização ocorre, regida pelo diagrama de fases de alumínio-silício. Essa recristalização continua até que a temperatura eutética seja atingida e todo o líquido cristalize. Este processo resulta, assim, em uma região dopada tipo ap na parte traseira do célula solar que auxilia na coleta de orifícios, além de reduzir a recombinação da superfície traseira.
No vídeo abaixo, mostramos a etapa de disparo por contato, que é a etapa final na fabricação de células solares.
Impressão dupla
O método de serigrafia padrão para metalização frontal de células solares de silício é um processo confiável e bem conhecido com altas taxas de rendimento. As larguras de linha típicas necessárias para garantir a estabilidade do processo e a resistência do metal suficientemente mais baixa é de cerca de 120 μm. Para alcançar maior eficiência das células solares de silício cristalino, tanto a tensão VOC de circuito aberto quanto a densidade de corrente de curto circuito JSC precisam ser melhoradas. Uma abordagem para melhorá-los é ter emissores de alta resistência à folha. A pasta de tela foi otimizada para entrar em contato com emissores pouco dopados, portanto, maior resistência da folha. No entanto, uma resistência mais alta da folha levará a uma resistência Rs série mais alta da resistência lateral da célula, o que pode reduzir o fator de preenchimento. Isso pode ser compensado pelo espaçamento dos dedos, o que aumenta a fração da área de sombreamento da estrutura do lado frontal. Portanto, uma redução da largura da linha é necessária para minimizar as perdas de sombreamento. Reduzir a largura do dedo reduzindo a largura da linha de abertura na tela pode ser superado, mas isso pode levar a uma área de seção transversal menor dos dedos, o que pode levar a uma maior resistência do metal. Isso pode ser atenuado executando uma impressão dupla que pode aumentar significativamente a altura dos dedos de metal. Isso é possibilitado pela excelente uniformidade de alinhamento da geração atual de impressoras de tela, que têm uma precisão de alinhamento de 15 µm ou melhor. Um benefício adicional é que as interrupções potenciais do dedo da primeira impressão podem ser corrigidas pela segunda impressão, pois é improvável que as interrupções de duas impressoras de tela diferentes ocorram na mesma posição.
