Wysoka przepustowość produkcji krzemowych ogniw słonecznych jest ważna w celu obniżenia kosztów produkcji i złagodzenia wąskich gardeł dostaw w rozwoju fotowoltaiki w Europie i na świecie. Konsorcjum producentów systemów, producentów technologii pomiarowych i instytutów badawczych, kierowane przez Instytut Fraunhofer ds. Systemów Energii Słonecznej ISE, opracowało weryfikację koncepcji innowacyjnej linii produkcyjnej o przepustowości od 15 do 20 tyś. wafli krzemowych na godzinę. Odpowiada to co najmniej podwojeniu obecnie zwykłej przepustowości. W tym celu konsorcjum opracowało ulepszenia dla wielu poszczególnych etapów procesu.
– W 2021 r. 78% wszystkich krzemowych ogniw słonecznych zostało wyprodukowanych w Chinach – mówi dr inż. Ralf Preu, dyrektor ds. technologii produkcji fotowoltaicznej w Fraunhofer ISE. – Aby jak najszybciej rozwinąć energię słoneczną i wzmocnić nasze łańcuchy dostaw, powinniśmy ponownie stworzyć w Europie własne zakłady produkcyjne dla wysokowydajnych ogniw słonecznych. Zwiększenie wydajności i efektywności zasobów zastosowanej technologii produkcji skutkuje znaczną redukcją kosztów i potencjałem zrównoważonego rozwoju, co możemy wykorzystać dzięki doskonałemu zrozumieniu procesów i inżynierii mechanicznej – dodaje.
Nowe koncepcje produkcji krzemowych ogniw słonecznych
Aby zoptymalizować proces produkcji, konsorcjum zbadało poszczególne etapy produkcji wysoce wydajnych krzemowych ogniw słonecznych. Zrealizowano nowe rozwiązania dla wielu etapów procesu. – W przypadku niektórych procesów chodziło o przyspieszenie ustalonych procedur produkcyjnych, podczas gdy inne procesy opracowaliśmy od podstaw – wyjaśnia dr. Florian Clement, kierownik projektu w Fraunhofer ISE. – Dzięki temu przepustowość opracowanych w projekcie systemów produkcyjnych jest co najmniej dwukrotnie wyższa od obecnych wartości – dodaje.
Naukowcy wdrożyli między innymi nową koncepcję systemu „w locie” do obróbki laserowej, która przetwarza wafle w sposób ciągły, podczas przesuwania się pod skanerem laserowym z dużą prędkością na taśmie. Do metalizacji ogniw słonecznych konsorcjum zastosowało proces rotacyjnego sitodruku zamiast obecnego standardowego procesu sitodruku płaskiego.
Dyfuzja i utlenianie stosu
Ogniwa słoneczne wymagają obszarów o różnych domieszkach, na przykład do przejścia między warstwą krzemu a stykami metalowymi. Badacze z Fraunhofer ISE połączyli dyfuzję przeprowadzoną w tym celu z termicznym utlenianiem wafli w jednym etapie procesu. W tym celu wafle nie są już ustawiane pojedynczo, lecz ułożone jeden na drugim w stosach w piecu. Proces utleniania termicznego zapewnia w ten sposób powstanie ostatecznego profilu domieszkowania i jednocześnie pasywację powierzchni. Zwiększa to przepustowość procesu o współczynnik 2,4.
Szybsze procesy inline w piecu
Po dociśnięciu elektrod do ogniwa słonecznego, w piecach inline powstaje po obu stronach kontakt między elektrodami a krzemowym ogniwem słonecznym. W przypadku standardowych pieców wzrost przepustowości na tym etapie procesu oznaczałby znaczny wzrost wielkości kotłowni. Zamiast tego konsorcjum projektowe zainstalowało w piecu trzykrotnie większą prędkość taśmy i porównało jakość wypalanych w ten sposób ogniw słonecznych z dzisiejszym standardem. Przepustowość można by znacznie zwiększyć – przy tej samej wydajności ogniw słonecznych.
Bezdotykowa kontrola i analiza usterek
Konsorcjum opracowało dwie koncepcje ostatecznej charakterystyki gotowych ogniw słonecznych. Aby móc szybciej testować ogniwa na przyszłych liniach produkcyjnych, stosuje się metodę bezstykową oraz metodę ze stykami ślizgowymi. Umożliwia to ciągły transport ogniw z prędkością taśmy 1,9 m/s, nawet podczas pomiaru. Zespół był w stanie wykazać wysoką dokładność pomiaru swoich koncepcji. Złożono wniosek patentowy na metodę bezdotykową.
Źródło: Fraunhofer ISE Zaprenumeruj Magazyn Fotowoltaika
