FoilMet®: Conexión de celdas solares flexible y eficiente en recursos mediante microcortes láser

Cadena de celdas de tejas, conectadas mediante el método FoilMet®. © Fraunhofer ISE

Cadena de celdas de teja, conectadas mediante el proceso FoilMet®. © Fraunhofer ISE

Dibujo esquemático de la zona de conexión entre dos celdas adyacentes mediante el conector de borde de papel de aluminio (El ejemplo muestra la implementación en construcción en teja). © Fraunhofer ISE

El Instituto Fraunhofer para Sistemas de Energía Solar ISE ha desarrollado un proceso láser que permite conectar células solares PERC y TOPCon sin busbars mediante una lámina de aluminio de manera eficiente en recursos y flexible. La tecnología FoilMet® no requiere adhesivos conductores ni soldadura y permite reducir el consumo de plata en el módulo solar hasta en un 30 por ciento. La conexión mecánicamente flexible posibilita, además de un diseño curvado del string, tanto una disposición de células en forma de escamas para la máxima eficiencia del módulo, como la colocación en paralelo de las células con poca separación, habitual en la producción en masa, para una construcción de módulo lo más económica posible. En la Intersolar Europe (11-13 de mayo de 2022, Messe Múnich, stand A1.540), el instituto mostró un string de células solares compuesto por 30 células, conectado mediante el proceso láser.

En el nuevo concepto de conexión basado en láser, una delgada tira de lámina de aluminio une las células vecinas. Los investigadores del Fraunhofer ISE lograron conectar la lámina directamente con las vías conductoras mediante un proceso especial de soldadura microláser y unirla en la zona del dedo intermedio a la superficie de nitruro de silicio. Todo el proceso dura menos de una décima de segundo por oblea. Garantiza resistencias de contacto muy bajas entre la lámina y los electrodos, permitiendo así máximos rendimientos en los módulos. La innovación: el proceso ya no requiere los busbars y pads de soldadura de plata que normalmente se usan en la conexión. Dependiendo del diseño de los electrodos, se puede ahorrar hasta un 30 por ciento de plata. Además, los conectores de cobre recubiertos con soldadura con plomo o el adhesivo de plata se reemplazan por aluminio más económico.

Conexión fuerte, bajas resistencias

Las mejoras en la fabricación de obleas han llevado en la industria solar a formatos cada vez mayores durante años. Por ello, actualmente es estándar dividir las células grandes. «Conectar muchas células pequeñas en lugar de unas pocas grandes reduce la corriente generada y las pérdidas por resistencia, además de aumentar la tensión. A pesar de estas ventajas, un módulo solar compuesto por muchas células pequeñas es más complejo y costoso de conectar», explica Jan Paschen, doctorando en el grupo de Tecnología de Procesos Láser en el Fraunhofer ISE. «Con FoilMet®, abordamos precisamente este problema.»

Alta flexibilidad en el string y en la disposición de las células

La fijación de la lámina en la zona del dedo intermedio conduce a una adhesión mecánica muy fuerte, que supera la resistencia de la lámina metálica. La alta flexibilidad mecánica de la lámina permite tanto la conexión en forma de escamas, donde las células solares se superponen ligeramente, como la disposición de las células directamente una junto a otra. En ambos casos, es posible realizar radios de curvatura muy pequeños en el string. El proceso de conexión puede aplicarse tanto a células PERC como TOPCon.

«Lo fascinante de nuestra tecnología es que, por un lado, debido a las bajas resistencias eléctricas y la posibilidad de escalar en forma de escamas, promete altos rendimientos y estética en los módulos, además de ser adecuada para aplicaciones de nicho en la fotovoltaica integrada, gracias a su gran flexibilidad mecánica. Por otro lado, su alto potencial para ahorrar costos y materiales hace que el proceso sea aún más interesante para el mercado masivo de la energía fotovoltaica», explica el Dr. Jan Nekarda, jefe del departamento de Estructuración y Metalización en el Fraunhofer ISE.

El siguiente paso del equipo de investigación es construir una planta piloto para producir mayores cantidades de manera reproducible. Al mismo tiempo, la tecnología será sometida a análisis de durabilidad en los módulos. Esto es especialmente importante, ya que no se utiliza aluminio como material estándar para la conexión.