Przełom w fotowoltaice: zużycie srebra w ogniwach TOPCon zmniejszone 10-krotnie

Innowacyjna metalizacja ogniw TOPCon

Naukowcy z Instytutu Fraunhofera ds. Energii Słonecznej (ISE) osiągnęli znaczący postęp w produkcji ogniw fotowoltaicznych typu TOPCon. Dzięki zastosowaniu procesu galwanizacji, udało się zredukować zużycie srebra do zaledwie 1,1 miligrama na wat szczytowy (mg/Wp). Dla porównania, standardowe ogniwa TOPCon zużywają obecnie od 10 do 12 mg srebra na wat szczytowy.

Jak działa nowa metoda?

Zespół badawczy wykorzystał technologię opartą na elektroosadzaniu, łącząc ultrakrótkie strukturyzowanie laserem UV z elektrochemicznym osadzaniem niklu, miedzi i srebra. Proces ten przetestowano na pilotażowych liniach produkcyjnych opracowanych przez firmę RENA Technologies GmbH. W rezultacie powstały ogniwa TOPCon o rozmiarze M10, osiągające sprawność na poziomie 24 procent.

Kluczową rolę w tej metodzie odgrywa nikiel, który stanowi barierę dyfuzyjną chroniącą przed migracją miedzi do wnętrza ogniwa. Miedź odpowiada za przewodzenie prądu, a minimalna ilość srebra pełni funkcję ochrony przed utlenianiem.

Reklama

Dlaczego to takie ważne?

Ogniwa TOPCon są obecnie najczęściej produkowanym typem ogniw na rynku, ale charakteryzują się wysokim zużyciem srebra w porównaniu do starszych technologii PERC. To generuje znaczne koszty dla producentów. Nowa metoda może niemal całkowicie wyeliminować zapotrzebowanie na srebro w tych ogniwach, co byłoby rewolucją w branży.

Dr Sven Kluska, lider grupy ds. procesów elektrochemicznych we Fraunhofer ISE, podkreśla, że galwanizacja niklowo-miedziowa może zostać wdrożona na szeroką skalę w ciągu dwóch–trzech lat. Wymaga to jednak od producentów inwestycji w nowe urządzenia do galwanizacji.

Wyniki testów i perspektywy

W ramach projektów „EURO” i „SHINE PV”, prowadzonych wspólnie z RENA Technologies, naukowcy zmetalizowali kilka partii ogniw M10 TOPCon, osiągając sprawność 24 procent – identyczną jak w przypadku ogniw referencyjnych z klasycznymi kontaktami srebrnymi nakładanymi metodą sitodruku. Dla partii 186 ogniw uzyskano współczynnik wypełnienia (fill factor) na poziomie 82,1 ± 0,3 procent, co potwierdza niską rezystancję kontaktową i wysoką jakość połączeń. Moduły wyprodukowane z tych ogniw pomyślnie przeszły testy degradacji zgodnie z normą IEC61215.

Dr Florian Clement, kierownik działu metalizacji i technologii strukturyzacji, zwraca uwagę na dodatkową korzyść: uniezależnienie się od chińskich dostawców srebra. Sprzęt i chemikalia do galwanizacji miedzi pochodzą od producentów europejskich i amerykańskich, a rynek miedzi jest globalny. Fraunhofer ISE pracuje również nad europejskimi łańcuchami dostaw dla past miedzianych stosowanych w sitodruku.

Choć alternatywą jest zastąpienie past srebrnych pastami hybrydowymi (srebro-miedź) lub czysto miedzianymi w procesie sitodruku, to w przypadku ogniw TOPCon jest to trudniejsze niż w ogniwach heterozłączowych z warstwą TCO, która stanowi naturalną barierę dla dyfuzji miedzi. Dlatego badania nad galwanizacją dla TOPCon są prowadzone na całym świecie.

Źródło: Fraunhofer ISE – Instytut badawczy PV

Fot. ise.fraunhofer.de