Metalbelægning som vej til billigere, højeffektive solceller

Den første del af denne serie skitserede den teknologiske udvikling, der har fundet sted til dato screentrykte solceller ud over det globale PV-salg. På trods af deres dominerende stilling blandt de fleste PV-producenter, vil den klassiske serigraficelle sandsynligvis blive erstattet af dem PERC celler inden for det næste årti. Derudover blev de seneste verdensrekorder sat af Panasonic Og Solenergi på tilbagekontaktsolceller peger på arkitekturer, der vil sikre fremtidig dominans. Denne artikel forklarer det grundlæggende i metalbelægning til solcellefremstilling. Dette er et fremskridt inden for solcellebehandling, der kan rumme fremtidige celledesigns og muliggøre højeffektive enheder til lavere omkostninger.

Kravene til PV-fremstilling vokser konstant – både Panasonic og SunPower verdensrekordcellerne kræver avancerede fremstillingsteknikker, der muliggør højopløsnings- og lavkrafts metalkontaktsystemer. Den internationale teknologikøreplan for PV (ITRPV) forudsiger, at tykkelsen af ​​siliciumwafers og brugen af ​​sølv i PV-produktion – hovedsageligt indeholdt i serigrafipastaer – vil falde betydeligt i løbet af det næste årti. Denne tendens skyldes den høje pris på sølv og producenter, der reducerer omkostningerne ved at bruge mindre silicium pr. wafer. Det er væsentligt, at de samme ITRPV-prognoser også forudsiger, at (nikkel og kobber) beklædte solceller vil tegne sig for over 35 % af solcellemarkedet ved udgangen af ​​2024.

Den forventede tykkelse af wafers i masseproduktion. (Billedkilde: ITRPV)

Vægt af brugt sølv pr. celle og den forventede andel af belægningsteknologier i det næste årti. (Billedkilde: ITRPV)

En introduktion til belægning

Galvanisering er den proces, hvorved en ledende overflade kan dækkes med et lag metal, når den nedsænkes i en opløsning, der indeholder opløste metalioner. For at opløst metal kan pletteres på de ønskede ledende områder, skal de “reduceres” – med andre ord skal de acceptere en elektron et sted i belægningssystemet for at klæbe til den ledende overflade. Disse elektroner kan komme fra en ekstern strømkilde (f.eks. batteri eller strømforsyning), fra oxidation af andre metaller i belægningssystemet (f.eks. fra oxidation af kobberstangen på billedet nedenfor), eller endda fra reduktionsmidler i kemikaliet opløsning (som det er tilfældet med strømløs belægning).

En kobber (Cu) belagt metalkatode i en kobbersulfat (CuSO4) opløsning indeholdende en offerkobberanode, der oxiderer og frigiver elektroner under galvaniseringsprocessen. (Billedkilde: Wikimedia Commons)

Selvom det kan lyde ret eksotisk, bruges metalbelægninger almindeligvis til at belægge og behandle mange forbrugerprodukter såsom bestik, bildele, elektroniske komponenter og endda musikinstrumenter.

Guldbelagte solceller

I forbindelse med solceller kan metalplettering bruges som en lavkraftsproces, hvor metal (typisk nikkel og kobber) kan aflejres i områder med udsat silicium på solcellen – for eksempel områder, der åbnes af isolerende antirefleks. belægninger. Processen kræver ingen væsentlig indsats og er derfor også kompatibel med tyndere wafers. Anvendelser omfatter dannelse af forreste og/eller bagerste metalkontakter og forstærkning af mindre ledende materialer med et tykkere lag belagt metal.

En særlig smart tilpasning af metallisering til solceller er den lysinducerede belægningsproces. Den bruger de samme grundlæggende principper som galvanisering; Men ved at oplyse solcellen, mens den er nedsænket i opløsning, kan strømforsyningen elimineres, og den elektricitet, der driver sol-pletteringsreaktionen, kommer fra selve cellen.Dette er en pletteringsteknik, der i øjeblikket er i produktionslinjer rundt om i verden. Brugt.

En lysinduceret pletteringsopsætning, der viser den oplyste solcelle, der driver pletteringsstrømmen. Denne særlige opsætning har også spændingskontrolfunktioner (Vbias) (Billedkilde: materialer)

udsigter

ITRPV forudsiger, at prisen på PV vil være vanvittige $0,33 pr. watt inden for et årti. At komme til dette punkt kræver en overgang til avancerede fremstillingsteknikker, og belægningsteknologier, der giver os mulighed for at bruge mindre sølv- og siliciummateriale og samtidig forbedre celleeffektiviteten, vil hjælpe os med at nå dertil. At få nye processer til at fungere i masseproduktion er ingen nem opgave, og der er stadig betydelige problemer, der skal løses, men PV-forskermiljøet har en række muligheder, som vi kan udforske på vejen til superbillig solenergi.

Top billedkredit: Fotovoltaisk uddannelsesnetværk