FoilMet®: Šetrné k životnímu prostředí, flexibilní propojení solárních článků pomocí laserových mikrořezů

Řetězec ze šindelových buněk, které byly propojeny metodou FoilMet®. © Fraunhofer ISE

Řetězec ze šindelových buněk, které byly propojeny metodou FoilMet®. © Fraunhofer ISE

Schéma spojení dvou sousedních buněk pomocí okrajového spojovače z hliníkové fólie (Příklad ukazuje provedení v šindelové konstrukci). © Fraunhofer ISE

Fraunhoferův institut pro solární energetické systémy ISE vyvinul laserovou metodu, pomocí níž lze bezbusbarové PERC a TOPCon solární články spojovat pomocí hliníkové fólie šetrně k zdrojům a flexibilně. Technologie FoilMet® nevyžaduje vodivou lepidlo nebo pájku a umožňuje snížit spotřebu stříbra v solárním modulu až o 30 procent. Mechanicky flexibilní spojení umožňuje kromě zakřiveného uspořádání řetězce jak uspořádání článků ve tvaru šindelů pro maximální účinnost modulu, tak i běžné „vedle sebe“ uspořádání článků s malým odstupem pro co nejefektivnější konstrukci modulu ve velkovýrobě. Na Intersolar Europe (11.-13.5.2022, veletrh Mnichov, stánek A1.540) představilo toto institut solarový řetězec sestávající z 30 článků, který byl propojen laserovou metodou.

U nového laserového konceptu propojení spojuje tenký proužek hliníkové fólie sousední články. Výzkumníkům Fraunhofer ISE se podařilo fólii přímo spojit s vodivými cestami pomocí speciálního laserového mikrovarného procesu a v oblasti mezilehlých prstů ji připojit k povrchu oxidu křemičitého nitridu. Celý proces trvá méně než desetinu sekundy na wafer. Zajišťuje velmi nízké kontaktní odpory mezi fólií a elektrodami a umožňuje tak nejvyšší účinnosti modulů. Hlavní výhodou je: tento proces již nevyžaduje stříbrné sběrné pruhy a pájecí kontakty, které jsou jinak pro propojení nezbytné. V závislosti na uspořádání elektrod lze tak ušetřit až 30 procent stříbra. Navíc jsou vodiče s olovem obsahujícím pájku nebo stříbrné lepidlo nahrazeny levnějším hliníkem.

Silné spojení, nízké odpory

Další vývoj v výrobě waferů vede v solárním průmyslu již řadu let k stále větším formátům. Proto se dnes stalo průmyslovým standardem rozdělovat velké články na menší. „Propojením mnoha malých článků namísto několika velkých se generovaný proud a odporové ztráty sníží a napětí se zvýší. Přestože tyto vlastnosti jsou výhodné, je propojení solárního modulu z mnoha malých článků složitější a dražší – právě to řešíme s FoilMet®,“ vysvětluje Jan Paschen, doktorand skupiny laserových technologií na Fraunhofer ISE.

Vysoká flexibilita v řetězci a uspořádání článků

Připevnění fólie v oblasti mezilehlých prstů vede k velmi pevné mechanické přilnavosti, která přesahuje pevnost samotné kovové fólie. Vysoká mechanická flexibilita fólie umožňuje jak propojení ve šindelovém uspořádání, kdy články mírně překrývají, tak uspořádání článků přímo vedle sebe. V obou případech jsou možné velmi malé ohybové poloměry řetězce. Tento způsob propojení lze stejně tak použít pro PERC i TOPCon solární články.

„To, co je na naší technologii fascinující, je, že díky nízkým elektrickým odporům a možnosti šindelování slibuje vysokou účinnost modulů a estetiku, a spolu s velmi vysokou mechanickou flexibilitou řetězce je vhodná pro niche aplikace v integrované fotovoltaice. Na druhé straně vysoký potenciál úspor nákladů a materiálu činí tento proces ještě zajímavějším pro masový trh PV,“ říká Dr. Jan Nekarda, vedoucí oddělení strukturování a metalizace na Fraunhofer ISE.

Dalším krokem výzkumného týmu je výstavba pilotní zařízení, které umožní reprodukovat větší sériové výroby. Současně bude technologie podrobena prvním analýzám životnosti v modulu. To je obzvlášť důležité, protože se při propojení používá hliník, který není standardním materiálem.