Bij de productie van silicium zonnecellen is het belangrijk om een ​​hoge doorvoer te hebben. Dit verlaagt de productiekosten en vermindert knelpunten in de levering, aangezien er meer fotovoltaïsche installaties worden ingezet in Duitsland en wereldwijd. Onder leiding van het Fraunhofer Institute for Solar Energy Systems ISE heeft een consortium van fabrieksfabrikanten, metrologiebedrijven en onderzoeksinstellingen een proof of concept bedacht voor een innovatieve productielijn met een doorvoer van 15.000 tot 20.000 wafers per uur om aan deze behoefte te voldoen . Dit vertegenwoordigt het dubbele van de gebruikelijke doorvoer en is te wijten aan verbeteringen aan verschillende afzonderlijke processtappen.

Op de achtste Wereldconferentie over fotovoltaïsche energieconversie van deze week in Milaan, Italië, zullen de gedetailleerde resultaten van het onderzoeksproject worden gepresenteerd.

"In 2021 werd 78% van alle siliciumzonnecellen geproduceerd in China", legt Dr.-Ing uit. Ralf Preu, divisiedirecteur van PV-productietechnologie bij Fraunhofer ISE. "Om zo snel mogelijk meer zonne-installaties in te zetten en onze toeleveringsketens robuuster te maken, moet Europa zijn eigen productiecentra voor hoogrenderende zonnecellen herstellen. Door de doorvoer te vergroten en de productietechnologie hulpbronnenefficiënter te maken, kunnen we kunnen de kosten aanzienlijk verlagen en het duurzaamheidspotentieel ontsluiten dat we kunnen benutten dankzij proceskennis en technische uitmuntendheid."

Nieuwe concepten voor de productie van siliciumzonnecellen

Het consortium onderzocht elke fase van de productie van hoogrenderende siliciumzonnecellen om het hele proces te optimaliseren. Verschillende processtappen vereisten nieuwe ontwikkelingen. "Voor sommige processen moesten bestaande productieworkflows worden versneld, andere processen moesten helemaal opnieuw worden uitgevonden", legt Dr. Florian Clement, projectmanager bij Fraunhofer ISE, uit. "Vergeleken met de cijfers die we momenteel zien, halen de productiesystemen die in het kader van het project zijn ontwikkeld minstens een dubbele doorvoer."

Een van de nieuwe ontwikkelingen was dat de onderzoekers nieuwe on-the-fly laserapparatuur implementeerden die de wafels continu verwerkt terwijl ze met hoge snelheid onder de laserscanner bewegen. Voor het metalliseren van zonnecellen introduceerde het consortium rotatiezeefdruk in plaats van het huidige standaardproces, vlakbed zeefdruk.

Stack diffusie en oxidatie

Zonnecellen hebben verschillend gedoteerde secties nodig, bijvoorbeeld waar siliciumlaag en metalen contacten elkaar ontmoeten. De Fraunhofer ISE-onderzoekers integreerden het daarbij gebruikte diffusieproces en de thermische oxidatie van de wafers in één processtap.

Wafels worden niet meer afzonderlijk geplaatst maar op elkaar gestapeld om in de oven te worden verwerkt. Als gevolg hiervan creëert het oxidatieproces het uiteindelijke doteringsprofiel en bereikt het oppervlaktepassivering terwijl tegelijkertijd de doorvoer van het proces met een factor 2,4 wordt verhoogd.

Sneller inline ovenprocessen

Na de elektrode-afdruk op de zonnecellen wordt in inline-ovens aan beide zijden het contact van de elektroden met de siliciumzonnecel gevormd. Standaardovens zouden in dit stadium een ​​aanzienlijk grotere verwarmingskamer nodig hebben gehad om de doorvoer te verhogen.

In plaats daarvan installeerde het projectconsortium een ​​driemaal hogere bandsnelheid in de oven en vergeleek de kwaliteit van de gesinterde zonnecellen met de huidige standaard. Ze waren in staat om de doorvoer aanzienlijk te verhogen zonder afbreuk te doen aan de efficiëntie van de zonnecellen.

Contactloos testen en analyseren van defecten

Voor de karakterisering van de complete zonnecellen heeft het consortium twee concepten bedacht. Om toekomstige productielijnen in staat te stellen cellen sneller te testen, werd een contactloze methode en een methode met glijdende contacten geïmplementeerd.

Dit maakt het mogelijk om een ​​continue snelheid van 1,9 meter per seconde aan te houden tijdens het meten van de cellen, waarbij het team voor beide concepten een grote meetnauwkeurigheid aantoont. Op de contactloze methode is patent aangevraagd. + Verder verkennen

Aan beide zijden gecontacteerde zonnecel vestigt nieuw wereldrecord van 26 procent efficiëntie