Rosnąca cena i niska dostępność surowców, zwłaszcza srebra, prowadzą do wyższych kosztów produkcji modułów fotowoltaicznych. Badacze Fraunhofera opracowali proces galwanizacji, który polega na zastąpieniu srebra, drogiego metalu szlachetnego, miedzią, która jest łatwiej dostępna.
Udało im się również zastąpić polimery, które zwykle pozostają po procesach galwanizacji, a ich utylizacja jest kosztowna. Do maskowania w procesie zastosowano aluminium, które można łatwo poddać recyklingowi. Aby szybciej wprowadzić technologię na rynek, uruchomiono spin-off PV2+.
Miedź do styków ogniw słonecznych
Naukowcy z Instytutu Fraunhofera ds. Systemów Energii Słonecznej ISE podjęli wyzwanie zastąpienia srebra miedzią w produkcji ogniwa fotowoltaicznego. Zatrudniający około 1400 pracowników instytut z siedzibą we Fryburgu jest największym instytutem badań nad energią słoneczną w Europie. Zespół naukowców kierowany przez dr. Markusa Glatthaara, eksperta w dziedzinie metalizacji i strukturyzacji, opracował proces galwanizacji dla obiecującej technologii heterozłącza, aby zastąpić srebro miedzią. Miedź jest wielokrotnie tańsza i łatwiej dostępna niż srebro.
Aby sprawić, że elektrycznie przewodząca powierzchnia ogniwa słonecznego nie jest całkowicie pokryta miedzią, fragmenty powierzchni, które nie powinny być powlekane, muszą być najpierw zamaskowane. Obszary te są pokryte powłoką, która ma działanie izolujące elektrycznie, zapobiegając w ten sposób galwanizacji. Warstwa miedzi będzie gromadzić się tylko w obszarach niepokrytych izolacją.
Naukowcy dokonali tutaj kolejnego znaczącego postępu: do tej pory w tej branży używano drogich lakierów na bazie polimerów lub folii laminowanych do maskowania wafla krzemowego w kąpieli elektrolitycznej. Właściwa utylizacja polimerów to kosztowny proces, który generuje dużo odpadów. Dr Glatthaar i jego zespół byli w stanie zastąpić polimery aluminium. Podobnie jak miedź, aluminium w pełni podlega recyklingowi. Dwukrotna zmiana materiałów, ze srebra na miedź i z polimeru na aluminium, również przynosi podwójną korzyść: produkcja ogniw słonecznych jest nie tylko bardziej zrównoważona, lecz także znacznie tańsza.
Przełom w nauce: innowacyjna galwanizacja i ulepszone elektrolity
Jak naukowcom udało się zastąpić srebro, drogi metal szlachetny? – Opracowaliśmy specjalny proces galwanizacji, który umożliwia użycie miedzi zamiast srebra do szynoprzewodów – wyjaśnia dr Glatthaar. Poprawia to nawet przewodność. Miedziane linie kontaktowe są szczególnie wąskie ze względu na ich strukturę laserową. Z uwagi na wyjątkowo małą szerokość linii miedzianej, wynoszącą zaledwie 19 μm (mikrometrów), warstwa krzemu pochłaniająca światło jest mniej zacieniona niż w przypadku linii srebrnych. To oraz wysoka przewodność miedzi galwanizowanej poprawiają uzysk energii elektrycznej.
Zespół Fraunhofera dokonał również drugiego osiągnięcia technologicznego, wykorzystując aluminium jako warstwę maskującą. Trudność polega na tym, że aluminium przewodzi elektryczność, co sprawia, że na pierwszy rzut oka nie nadaje się do stosowania jako maska. Badacze Fraunhofera wykorzystali fakt, że aluminium może tworzyć na swojej powierzchni izolującą warstwę tlenku. Warstwa ta ma jednak tylko kilka nanometrów grubości. – Udało nam się dostosować parametry procesu i opracować specjalny rodzaj elektrolitu, który sprawia, że niezwykle cienka, natywna warstwa tlenku aluminium może niezawodnie spełniać swoją funkcję izolacyjną. Był to ważny kamień milowy dla sukcesu naszego projektu badawczego – informuje dr Glatthaar.
Źródło: Fraunhofer ISE Zaprenumeruj Magazyn Fotowoltaika
