Ao produzir células solares de silício, é importante ter um alto rendimento. Isso reduz os custos de produção e alivia os gargalos de fornecimento à medida que mais instalações fotovoltaicas estão sendo implantadas na Alemanha e no mundo. Liderado pelo Instituto Fraunhofer para Sistemas de Energia Solar ISE, um consórcio de fabricantes de plantas, empresas de metrologia e instituições de pesquisa apresentou uma prova de conceito para uma linha de produção inovadora com um rendimento de 15.000 a 20.000 wafers por hora para responder a essa necessidade . Isso representa o dobro do rendimento normal e se deve a melhorias em várias etapas individuais do processo.
A oitava Conferência Mundial sobre Conversão de Energia Fotovoltaica desta semana em Milão, Itália, verá a apresentação dos resultados detalhados do projeto de pesquisa.

"Em 2021, 78% de todas as células solares de silício foram produzidas na China", explica Dr.-Ing. Ralf Preu, diretor da divisão de tecnologia de produção fotovoltaica da Fraunhofer ISE. "Para implantar mais instalações solares o mais rápido possível e tornar nossas cadeias de suprimentos mais robustas, a Europa deve restabelecer seus próprios centros de produção de células solares de alta eficiência. Ao aumentar o rendimento e tornar a tecnologia de produção mais eficiente em termos de recursos, pode reduzir consideravelmente os custos e liberar o potencial de sustentabilidade que poderemos alavancar graças ao conhecimento do processo e à excelência em engenharia."

Novos conceitos para produção de células solares de silício

O consórcio investigou todas as etapas da produção de células solares de silício de alta eficiência para otimizar todo o processo. Várias etapas do processo exigiram novos desenvolvimentos. "Para alguns processos, os fluxos de trabalho de produção estabelecidos precisavam ser acelerados, outros processos precisavam ser reinventados do zero", explica o Dr. Florian Clement, gerente de projeto do Fraunhofer ISE. "Em comparação com os números que vemos atualmente, os sistemas de produção desenvolvidos no âmbito do projeto atingem pelo menos o dobro do rendimento."

Um dos novos desenvolvimentos viu os pesquisadores implementarem novos equipamentos a laser em tempo real que processam continuamente as bolachas à medida que se movem em alta velocidade sob o scanner a laser. Para a metalização de células solares, o consórcio introduziu a serigrafia rotativa em vez do processo padrão atual, a serigrafia de mesa.

Difusão e oxidação de pilha

As células solares requerem seções dopadas de forma diferente, por exemplo, onde a camada de silício e os contatos metálicos se encontram. Os pesquisadores do Fraunhofer ISE integraram o processo de difusão usado neste contexto e a oxidação térmica dos wafers em uma etapa do processo.

As bolachas não são mais colocadas individualmente, mas empilhadas umas sobre as outras para serem processadas no forno. Como resultado, o processo de oxidação cria o perfil de dopagem final e atinge a passivação da superfície ao mesmo tempo que aumenta o rendimento do processo por um fator de 2,4.

Processos de forno em linha mais rápidos

Seguindo a impressão do eletrodo nas células solares, o contato dos eletrodos com a célula solar de silício é formado em ambos os lados em fornos em linha. Os fornos padrão exigiriam uma câmara de aquecimento significativamente maior para aumentar o rendimento neste estágio.

Em vez disso, o consórcio do projeto instalou uma velocidade de correia três vezes mais rápida no forno e comparou a qualidade das células solares sinterizadas com o padrão atual. Eles foram capazes de aumentar significativamente o rendimento sem comprometer a eficiência das células solares.

Teste sem contato e análise de defeitos

Para a caracterização das células solares completas, o consórcio desenvolveu dois conceitos. Um método sem contato e um método usando contatos deslizantes foram implementados para permitir que futuras linhas de produção testem as células mais rapidamente.

Isso torna possível manter uma velocidade contínua de 1,9 metros por segundo durante a medição das células, com a equipe demonstrando grande precisão de medição para ambos os conceitos. Uma patente foi registrada para o método sem contato. + Explorar mais

Célula solar com contato de ambos os lados estabelece novo recorde mundial de 26% de eficiência