Новая технология сокращает использование серебра в солнечных элементах TOPCon в 10 раз

Аккумулятор FIAMM FG 21202

Исследователи из Института систем солнечной энергетики Фраунгофера ISE снизили потребление серебра при металлизации солнечных элементов до 1,1 мг / л.с. с использованием процесса, основанного на электроосаждении, по сравнению с текущими уровнями в 10-12 мг / л.с.

Реализация светоиндуцированного осаждения меди в поточной гальванической системе для металлизации кристаллических кремниевых солнечных элементов с помощью многослойной структуры никель/медь/серебро.

Ячейки с туннельным оксидным пассивированным контактом (TOPCon), которые в настоящее время доминируют в мировом производстве кристаллического кремния, потребляют больше серебра, чем более ранние технологии, такие как PERC, что делает их особенно чувствительными к колебаниям цен. Цены на серебро, с другой стороны, в последние месяцы остаются на высоком уровне.

Исследователи из Института систем солнечной энергетики Фраунгофера (Fraunhofer ISE) значительно сократили потребление серебра в солнечных элементах TOPCon. Благодаря процессу металлизации на основе электроосаждения команда снизила расход серебра до 1,1 мг/Вт по сравнению с нынешним уровнем в 10–12 мг/Вт.

Этот подход основан на гибридном процессе металлизации, сочетающем высокоточное структурирование с помощью ультрафиолетового лазера и электрохимическое осаждение металлов. Никель служит диффузионным барьером, предотвращающим миграцию меди в кремний, медь обеспечивает основную электропроводность, а серебро используется только в качестве тонкого защитного слоя от окисления.

Этот процесс был реализован в пилотных системах в сотрудничестве с RENA Technologies GmbH с использованием поточного оборудования для гальваники. В ходе испытаний на ячейках формата M10 была достигнута эффективность 24 %, что соответствует показателям обычных ячеек с трафаретной печатью и использованием серебряной пасты. Исследователи также сообщили о коэффициенте заполнения около 82,1 %, что указывает на низкое контактное сопротивление и хорошие электрические характеристики.

Промышленная жизнеспособность была продемонстрирована в рамках исследовательских проектов EURO и SHINE PV, в ходе которых было обработано несколько партий TOPCon. Модули, изготовленные на основе этих элементов, прошли испытания на надежность по стандарту IEC 61215, показав стабильность, сравнимую с показателями традиционных технологий.

Электроосаждение металлических контактов не является чем-то новым в фотовольтаике. Этот метод уже применялся в гетеропереходах (HJT) и ячейках с перекрестными контактами (IBC) для частичной или полной замены серебра на медь. Однако применить эти подходы к TOPCon сложнее из-за отсутствия прозрачных проводящих оксидных (TCO) слоев, что требует дополнительных решений, таких как никелевые прослойки.

Металлизация на основе меди методом электроосаждения также дает преимущества в цепочке поставок. Она снижает зависимость от географически сконцентрированных источников серебра и позволяет использовать более диверсифицированный мировой рынок меди, включая материалы, оборудование и химические реагенты.

Однако масштабирование этой технологии сопряжено с трудностями. Интеграция инструментов для гальваники в существующие производственные линии требует значительных капиталовложений. Кроме того, критически важными остаются обеспечение единообразия процесса, его повторяемости и совместимости с высокопроизводительным производством.

Также ведутся исследования, направленные на сокращение использования серебра при трафаретной печати, в том числе с использованием гибридных серебряно-медных паст или паст из чистой меди. Эти подходы сталкиваются с техническими ограничениями в TOPCon, что подогревает интерес к электроосаждению как ключевому способу сокращения использования серебра.

Металлизация на основе никеля и меди методом электроосаждения может выйти на коммерческий уровень в течение двух-трех лет, что позволит снизить затраты на материалы, а также повысить устойчивость и экологичность цепочки поставок.