När man producerar kiselsolceller är det viktigt att ha en hög genomströmning. Detta minskar produktionskostnaderna och minskar leveransflaskhalsar eftersom fler solcellsinstallationer installeras i Tyskland och över hela världen. Under ledning av Fraunhofer Institute for Solar Energy Systems ISE, har ett konsortium av anläggningstillverkare, mätteknikföretag och forskningsinstitutioner kommit fram till ett proof of concept för en innovativ produktionslinje med en genomströmning på 15 000 till 20 000 wafers per timme för att möta detta behov . Detta representerar dubbla den vanliga genomströmningen och beror på förbättringar av flera enskilda processsteg.

Veckans åttonde världskonferens om fotovoltaisk energiomvandling i Milano, Italien, kommer att presentera detaljerade resultat från forskningsprojektet.

"År 2021 producerades 78 % av alla kiselsolceller i Kina", förklarar Dr.-Ing. Ralf Preu, divisionsdirektör för PV Production Technology på Fraunhofer ISE. "För att implementera fler solcellsinstallationer så snabbt som möjligt och för att göra våra leveranskedjor mer robusta bör Europa återupprätta sina egna produktionscenter för högeffektiva solceller. Genom att öka genomströmningen och göra produktionstekniken mer resurseffektiv, kan sänka kostnaderna avsevärt och frigöra hållbarhetspotential som vi kommer att kunna dra nytta av tack vare processkunskap och teknisk excellens."

Nya koncept för produktion av kiselsolceller

Konsortiet undersökte varje steg i produktionen av högeffektiva kiselsolceller för att optimera hela processen. Flera processsteg krävde ny utveckling. "För vissa processer behövde etablerade produktionsarbetsflöden accelereras, andra processer behövde återuppfinnas från grunden", förklarar Dr Florian Clement, projektledare på Fraunhofer ISE. "Jämfört med de siffror vi ser för närvarande uppnår de produktionssystem som utvecklats inom ramen för projektet minst dubbelt så mycket genomströmning."

En av de nya utvecklingarna såg att forskarna implementerade ny on-the-fly laserutrustning som kontinuerligt bearbetar wafers när de rör sig i hög hastighet under laserskannern. För metallisering av solceller introducerade konsortiet roterande screentryck istället för den nuvarande standardprocessen, flatbäddsscreentryck.

Stackdiffusion och oxidation

Solceller kräver olika dopade sektioner, till exempel där kiselskikt och metallkontakter möts. Fraunhofer ISE-forskarna integrerade diffusionsprocessen som används i detta sammanhang och den termiska oxidationen av wafers i ett processsteg.

Wafers placeras inte längre individuellt utan staplas ovanpå varandra för att bearbetas i ugnen. Som ett resultat skapar oxidationsprocessen den slutliga dopningsprofilen och uppnår ytpassivering samtidigt som processens genomströmning ökar med en faktor 2,4.

Snabbare inline-ugnsprocesser

Efter elektrodavtrycket på solcellerna bildas elektrodernas kontakt med kiselsolcellen på båda sidor i inline-ugnar. Standardugnar skulle ha krävt en betydligt större värmekammare för att öka genomströmningen i detta skede.

Istället installerade projektkonsortiet en tre gånger snabbare bandhastighet i ugnen och jämförde kvaliteten på de sintrade solcellerna med dagens standard. De kunde avsevärt öka genomströmningen utan att kompromissa med solcellernas effektivitet.

Kontaktfri testning och analys av defekter

För karakteriseringen av de kompletta solcellerna tog konsortiet fram två koncept. En kontaktlös metod och en metod med glidkontakter implementerades för att framtida produktionslinjer skulle kunna testa celler snabbare.

Detta gör det möjligt att hålla en kontinuerlig hastighet på 1,9 meter per sekund medan man mäter cellerna, med teamet som visar stor mätnoggrannhet för båda koncepten. Ett patent har lämnats in för den kontaktlösa metoden. + Utforska vidare

Båda sidor-kontaktade solceller sätter nytt världsrekord med 26 procent effektivitet