Растяжение нити во время микро - Пекинская Компания Северного Сияния, ООО

Научные отчеты, том 12, Номер статьи: 12318 (2022) Цитировать эту статью

941 Доступов

2 цитаты

Подробности о метриках

Металлизация гетеропереходных солнечных элементов требует дальнейшего снижения расхода серебра для снижения себестоимости производства и экономии ресурсов. В этой статье показано, как растяжение нитей серебряных паст низкотемпературного отверждения на основе полимеров во время микроэкструзии позволяет добиться такого снижения и в то же время обеспечивает высокий потенциал производительности. В серии экспериментов оценивается связь между скоростью печати и растяжением нити, а следовательно, уменьшением ширины Ag-электрода и укладкой Ag. Кроме того, существующая модель растяжения нити для параллельного процесса дозирования усовершенствована и используется для расчета вязкости при удлинении. Эффект растяжения позволяет уменьшить ширину Ag-электрода до ∆wf = − 40%отн. в зависимости от диаметра сопла и типа пасты. Содержание Ag уменьшено с mAg,cal. = 0,84 мг на печатную строку до только mAg,cal. = 0,54 мг на напечатанный Ag-электрод при использовании отверстий сопла 30 мкм, что демонстрирует многообещающий потенциал технологии параллельного дозирования для металлизации кремниевых солнечных элементов с гетеропереходом.

The International Technology Roadmap for Photovoltaic (ITRPV) predicts a world market share of silicon heterojunction (SHJ) solar cells of 10% in 2024 and 17% in 2030 which corresponds to a substantial rise compared to 3% in 20191. In the last 15 years, several research groups worked towards a further reduction of the Ag-electrode width wf and Ag laydown per cell mAg to save silver, thus further minimizing cell production costs. Lorenz et al. illustrated this trend for flatbed screen-printed Ag-electrodes (in photovoltaic industry referred to as ‘fingers’) and indicated that intense industrial optimization of pastes, screens and machine technology were the main reasons for decreasing the Ag-electrode width over the years2. In 2020, Tepner et al. presented a flatbed screen-printed line electrode with a width of wf = 19 µm and an electrode height of hf = 18 µm on a passivated emitter and rear cell (PERC)3. Besides the decrease in Ag-electrode widths, the ITRPV predicts a total silver consumption of only 50 mg silver per cell in 20301,4. In order to achieve that, the parallel dispensing technology as an alternative printing process has emerged in recent years. Pospischil et al. demonstrated a dispensed line electrode with a width of wf = 17 µm on a PERC solar cell. In that study, they showed that the Ag laydown as well as the electrical cell performance were improved compared to the reference5,6,21% PERC type solar cells. In Proc. 32nd European Photovoltaic Solar Energy Conference and Exhibition, Munich, Germany https://doi.org/10.4229/EUPVSEC20162016-2CO.2.2 (2016)." href="#ref-CR7" id="ref-link-section-d264538276e401_2"> 7,8,9. Эти публикации показывают впечатляюще успешное развитие металлизации PERC за последние годы.

Однако состояние исследований и разработок серебряных паст низкотемпературного отверждения для металлизации солнечных элементов SHJ далеко от этих результатов, особенно в отношении достижимых скоростей процесса и достижимой ширины Ag-электродов. Высокая пропускная способность и низкое потребление серебра на элемент SHJ являются требованиями для увеличения рыночной доли этой концепции высокоэффективных солнечных элементов. Эрат и др. недавно опубликованные применимые скорости заливки и печати до v = 400 мм/с для планшетной трафаретной печати10. Дескоудрес и др. представили Ag-электрод шириной wf = 16 мкм с трафаретной печатью, используя специальный безузловой экран с отверстиями экрана wn = 12 мкм11. Наши последние результаты по металлизации SHJ путем параллельного нанесения показали оптимизированную ширину линейного электрода wf = 34 мкм и увеличенное оптическое соотношение сторон ARo = 0,55 при использовании отверстий сопла 25 мкм. В этом исследовании содержание Ag в одиночной линии длиной 156 мм составляло mAg = 0,30 мг электрод-112. Для достижения дальнейшего прогресса в области низкотемпературного отверждения серебряных паст необходимо понимание внутреннего состояния пасты во время микроэкструзии, чтобы решить ограничения применимых скоростей процесса и ширины линейных электродов. До сих пор уменьшение ширины Ag-электродов ограничено, поскольку паста демонстрирует значительную тенденцию к растеканию, поэтому потенциально требуется дальнейшая адаптация рецептур.

100 s−1, the data suggests that both paste formulations show significant differences in shear viscosity from each other, indicating different behavior during printing because relevant process shear rates are between \(\dot{\gamma }\) = 103 s−1 and \(\dot{\gamma }\) = 105 s−16. In literature, the phenomenon of edge fracture is well known for rotational rheometer measurements of highly filled suspensions42,43. This effect also occurred during our rotational measurements, hence the determined viscosity values for shear rates above \(\dot{\gamma }\) > 100 s−1 might only give relative indications rather than absolute descriptions of the viscosity. Furthermore, wall slip, shear banding and sample spillage might affect the true shear viscosity values as described in ref.32./p> 410 mm s−1 result in interrupted line shapes. When paste A is extruded through nozzle openings of D = 30 µm, the process velocity range of category II decreases down to vprocess,min = 70 mm s−1 and vprocess,max = 140 mm s−1. Furthermore, paste A cannot be extruded through nozzle openings of D = 25 µm because of its particle size distribution and agglomerate sizes. On the other hand, paste B could be extruded up to process velocity values of vprocess,max = 500 mm s−1 by using nozzle openings of D = 45 µm and D = 40 µm. Dispensing paste B through nozzle openings of D = 25 µm results in homogeneous, straight Ag-electrodes for process velocity values of vprocess,min = 170 mm s−1 and vprocess,max = 250 mm s−1. Therefore, paste B can be dispensed with faster process velocities compared to paste A, even when small nozzle diameters below D < 30 µm are used. This result is explainable by the different extrusion velocities vextrusion of both highly filled suspensions (see "Impact of filament stretching on solar cell metallization" section, Fig. 9). One possible explanation of the different paste behaviors regarding the category II process velocity range might be the difference in polymer content and the different combinations of the two polymers in the paste's formulations./p>

21% PERC type solar cells. In Proc. 32nd European Photovoltaic Solar Energy Conference and Exhibition, Munich, Germany https://doi.org/10.4229/EUPVSEC20162016-2CO.2.2 (2016)./p>