Procesos a baja temperatura para reducir el uso de plata en células solares de silicio perovskita en tándem

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Investigadores del Instituto Fraunhofer de Sistemas de Energía Solar (Fraunhofer ISE) han desarrollado nuevos procesos de fabricación a baja temperatura para células en tándem de silicio perovskita y células solares de heterounión. Las nuevas técnicas permiten reducir el consumo de plata y evitar los materiales de soldadura que contienen plomo.

“Demostramos que, con un conocimiento profundo de los procesos y el comportamiento de los materiales, es posible la metalización a baja temperatura y la interconexión con los equipos establecidos de las líneas de producción de células y módulos solares”, declaró a pv magazine la autora principal de la investigación, Angela De Rose.

Los científicos desarrollaron dos procesos diferentes: la metalización de la cara frontal a temperaturas muy bajas para células solares en tándem de silicio perovskita de tamaño completo; y la interconexión con módulos de demostración de formato completo de alta eficiencia con una potencia de salida de más de 400 W.

En la etapa de metalización se utilizó serigrafía de líneas finas. La pasta seleccionada demostró ser adecuada para una impresión de alta velocidad fiable con anchuras de 20 μm, lo que dio como resultado una anchura impresa de 26 μm. El proceso se tradujo en un 43% menos de consumo de plata en comparación con un trazado con anchos de dedo de 35 μm. Según los investigadores, el curado a 150 ºC permitió obtener “buenas propiedades eléctricas” y una producción de alto rendimiento gracias a tiempos de curado rápidos de hasta 2 minutos por oblea.

Para la interconexión, el grupo utilizó adhesivos conductores de la electricidad (ECA), examinando varias pastas y métodos. “Hay muchos ECA disponibles en el mercado, que permiten el procesamiento a diferentes rangos de temperatura, incluyendo menos de 200 ºC y menos de 150 ºC”, explican, señalando que la mayoría de los ECA utilizan partículas de plata para garantizar una mayor conductividad eléctrica.

Sus técnicas consiguieron reducir la plata utilizando una impresión de líneas más finas y menos ECA que los métodos convencionales y evitando los materiales que contienen plomo en las pastas de serigrafía a baja temperatura y las aleaciones de soldadura sin plomo.

Los investigadores afirman que han sido capaces de utilizar un 50% menos de ECA en comparación con los patrones convencionales de aplicación continua, y señalan que la solución propuesta ofrece una adhesión de las juntas suficiente para la manipulación en cadena y potencias de módulo estables en las células, también para temperaturas de curado de ECA de 130 ºC. “El principal reto de este enfoque es mantener el tiempo de curado lo más corto posible para permitir un alto rendimiento”, afirman.

Los módulos solares fabricados con una interconexión de alambre soldado y una interconexión de cinta ECA tienen una superficie total de 1,8 m2, una potencia de más de 400 W y constan de medias células en tándem de silicio perovskita de tamaño completo. Según los investigadores, el alambre recubierto de soldadura permitió un procesamiento a baja temperatura y una fabricación sin daños.

“Gracias a la optimización conjunta de los procesos y materiales implicados, hemos podido construir módulos de heterounión de silicio perovskita de alta eficiencia en formato completo con distintas tecnologías de interconexión”, afirma De Rose.

El equipo afirma que el proceso permite una producción de alto rendimiento a velocidades de encadenamiento de 1600 a 1800 células por hora. La matriz celular, heterounión de silicio o en tándem, se incrustó en un encapsulante disponible en el mercado para un proceso de laminación dentro de una ventana de proceso convencional entre 140 ºC y 160 ºC. Los módulos de tamaño completo se construyeron como módulos de vidrio-vidrio con sellado en los bordes.

Los procesos se describen en el estudio “Low-temperature metallization & interconnection for silicon heterojunction and perovskite silicon tandem solar cells” (Metalización e interconexión a baja temperatura para células solares en tándem de silicio heterounión y silicio perovskita), publicado en Solar Energy Materials and Solar Cells.

Entre las futuras actividades de investigación del grupo figuran la soldadura sin plomo y a baja temperatura, la interconexión shingling mediante ECA, así como la estabilidad a largo plazo de células y módulos en tándem.

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