Una nueva tecnología de metalización para células solares HJT minimiza el uso de plata y aumenta la eficiencia

Investigadores del Instituto Fraunhofer de Sistemas de Energía Solar (Fraunhofer ISE) de Alemania han optimizado la metalización de la cara frontal de células solares de heterounión de silicio (SHJ) utilizando una capa de plata muy baja para la interconexión de varios hilos.

“Este enfoque es fácil de implementar, ya que sólo requiere la utilización de suficientes pantallas de líneas finas en combinación con un diseño de rejilla optimizado”, dijo el autor correspondiente, Andreas Lorenz, a pv magazine.

Para optimizar el proceso de metalización, los investigadores han tenido en cuenta tres parámetros de producción: la técnica de impresión, el paso de los dedos y su anchura. “Uno de los principales retos para los próximos años es la creciente escasez de recursos críticos, como la plata, el indio y el bismuto”, explica el grupo de investigación. “La necesidad de reducir la capa de plata es especialmente urgente en el caso de las células solares SHJ, ya que la pasta de plata suele aplicarse en las caras delantera y trasera de las arquitecturas típicas de las células”.

En su trabajo, los científicos examinaron únicamente la aplicación de plata en la cara frontal. En primer lugar, examinaron las pantallas de impresión sin nudos frente a las estándar. En el primer caso, utilizaron una pantalla avanzada de malla fina sin nudos conocida como 520 X 11 X 0°, y en el segundo, una pantalla convencional de malla fina en ángulo conocida como 520 X 11 X 22,5°.

“La metalización de la cara frontal se serigrafía utilizando ambos tipos de pantalla con las mismas condiciones de impresión y una velocidad de impresión/inundación de impresión/inundación = 300 mm/s”, añadieron, señalando que el método sin nudos obtuvo una anchura media de los dedos más estrecha en 1,3 μm en comparación con el procedimiento estándar.

En cuanto al paso de los dedos de plata, el grupo probó un paso de los dedos de plata de 1,3 mm, con lo que se obtuvieron 120 dedos, y un paso de 1 mm, con lo que se obtuvieron 156 dedos. En el caso del paso de 1,3, se necesitó un total de 19 mg de pasta de plata, mientras que en el caso de 1 mm, ascendió a 21 mg.

“Al reducir el paso de los dedos aumenta el factor de llenado (FF), mientras que la densidad de corriente de cortocircuito disminuye debido al aumento del sombreado”, afirman los académicos. Ambos efectos se compensaron en gran medida en este caso concreto, lo que dio lugar a una eficiencia de conversión comparable en ambos grupos.

Además, los investigadores probaron tres anchos de dedo: 20 μm, 18 μm y 15 μm. Al hacerlo, descubrieron que es posible imprimir una disposición de rejilla uniforme con una anchura de 15 μm, lo que resulta en una reducción de plata de 5 mg en comparación con 20 μm, además de un aumento de la eficiencia del 0,14%.

Siguiendo este método de optimización, el grupo fabricó células solares optimizadas con la avanzada pantalla de malla fina sin nudos 520 X 11 X 0°, con un picado de dedo de 1 mm y una anchura de 15 μm. Estas células se compararon con las no optimizadas, que utilizaban la pantalla de malla fina angular convencional 520 X 11 X 22,5°, con una picazón en los dedos de 1,3 mm y una anchura de 20 μm.

“El grupo optimizado obtuvo una eficiencia de conversión media del 23,2%, lo que corresponde a una ganancia del 0,17% en comparación con las células de referencia sin la optimización descrita”, concluyeron. “Además, el depósito de pasta de plata de este grupo pudo reducirse en ~ 2 mg. Esto subraya la importancia de una optimización coherente del proceso de serigrafía en términos de rendimiento de la célula y utilización de recursos para las células solares SHJ”.

Sus hallazgos se presentaron en “Towards a cutting-edge metallization process for silicon heterojunction solar cells with very low silver laydown” (Hacia un proceso de metalización de vanguardia para células solares de heterounión de silicio con muy baja deposición de plata), publicado en Progress in Photovoltaics. El grupo de investigación estaba formado por científicos de la empresa alemana de componentes electrónicos Yageo Nexensos GmbH.