Alongamento do filamento durante a micro

Scientific Reports volume 12, Número do artigo: 12318 (2022) Citar este artigo

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A metalização de células solares de heterojunção requer uma redução adicional do consumo de prata para diminuir os custos de produção e economizar recursos. Este artigo apresenta como o alongamento de filamentos de pastas de Ag de cura em baixa temperatura à base de polímero durante a microextrusão permite essa redução e, ao mesmo tempo, oferece um alto potencial de produção. Em uma série de experimentos, avalia-se a relação entre a velocidade de impressão e o alongamento do filamento, assim, a redução das larguras dos eletrodos de Ag e a deposição de Ag. Além disso, um modelo de alongamento de filamento existente para o processo de distribuição paralela é avançado e utilizado para calcular a viscosidade alongada. O efeito de alongamento permite uma redução da largura do eletrodo Ag em até Δwf = − 40%rel. dependendo do diâmetro do bocal e do tipo de pasta. A disposição de Ag foi reduzida de mAg,cal. = 0,84 mg por linha impressa para apenas mAg,cal. = 0,54 mg por eletrodo de Ag impresso quando aberturas de bocal de 30 µm são usadas, demonstrando o potencial promissor da tecnologia de distribuição paralela para a metalização de células solares de heterojunção de silício.

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. Essas publicações mostram um desenvolvimento impressionantemente bem-sucedido nos últimos anos para a metalização do PERC.

No entanto, o estado de pesquisa e desenvolvimento de pastas de Ag de cura em baixa temperatura para metalização de células solares SHJ está longe desses resultados, especialmente em relação às velocidades de processo obteníveis e larguras de eletrodo de Ag alcançáveis. Altas taxas de rendimento e baixo consumo de prata por célula SHJ são requisitos para aumentar a participação de mercado desse conceito de célula solar de alta eficiência. Erath et ai. publicou recentemente velocidades de inundação e impressão aplicáveis ​​de até v = 400 mm s-1 para impressão em tela plana10. Descoeudres et al. apresentou um eletrodo Ag impresso em tela wf = 16 µm de largura usando uma tela especial sem nós com aberturas de tela de wn = 12 µm11. Nossos resultados mais recentes para metalização SHJ por distribuição paralela mostraram larguras de eletrodo de linha otimizadas de wf = 34 µm e uma proporção de aspecto óptico aumentada de ARo = 0,55 ao usar aberturas de bocal de 25 µm. Nesse estudo, a disposição de Ag de uma linha única de 156 mm foi mAg = 0,30 mg eletrodo−112. Para obter mais progresso nas pastas Ag de cura em baixa temperatura, é necessário entender o estado interno da pasta durante a microextrusão para resolver as limitações das velocidades de processo aplicáveis ​​e larguras de eletrodo de linha. Até agora, a redução das larguras dos eletrodos de Ag é limitada porque a pasta mostra uma tendência de espalhamento significativa, portanto, uma adaptação adicional das formulações é potencialmente necessária.