FoilMet®: Forráskímélő, rugalmas napelem-cellák összekapcsolása lézeres mikrofűrésszel

Sztring Schindelzellen, amelyeket a FoilMet®-eljárással kapcsoltak össze. © Fraunhofer ISE

Sztring Schindelzellen, amelyeket a FoilMet®-eljárással kapcsoltak össze. © Fraunhofer ISE

Ábra a két szomszédos cella összekötési területéről az alumínium fóliából készült szegélykapcsolóval (A példa a cseréptetős kivitelezést mutatja). © Fraunhofer ISE

A Fraunhofer Solare Energiesysteme Intézet (ISE) kifejlesztett egy lézeres eljárást, amellyel buszcsík nélküli PERC- és TOPCon-szoláriszeleket alumíniumfólián keresztül erőforráspazarló és rugalmas módon lehet összekapcsolni. A FoilMet® technológia nem igényel vezetőképes ragasztót vagy forrasztást, és lehetővé teszi az ezüstfelhasználás csökkentését a napelem modulban akár 30 százalékkal. A mechanikailag rugalmas kapcsolat lehetővé teszi a stringek görbített kialakítását, valamint a cellák elrendezését, akár szelídített cellák alkalmazásával a maximális modulhatékonyság érdekében, vagy a tömeggyártásban megszokott „egymás mellett elhelyezést” kis távolsággal, a lehető legköltséghatékonyabb modulépítés érdekében. Az Intersolar Europe (2022. május 11-13., München, A1.540 stand) kiállításon az intézet bemutatott egy 30 cellából álló napelem cellasort, amelyet lézeres eljárással kötöttek össze.

Az új lézeralapú összekapcsolási koncepcióban egy vékony alumíniumfóliacsík köti össze a szomszédos cellákat. A Fraunhofer ISE kutatóinak sikerült közvetlenül a fóliát összekötni a vezetőcsatornákkal egy speciális lézermikroszálas forrasztási folyamat segítségével, és a szigetelőujj területén a szilícium-nitrid felülethez kötni. Az egész eljárás kevesebb mint egy tizedmásodpercet vesz igénybe egy szilíciumlapra. Ez biztosítja a nagyon alacsony kontaktusellenállásokat a fólia és az elektródák között, ezáltal a legmagasabb modulhatékonyságokat. A lényeg: az eljárás nem igényli a szokásos ezüst buszcsíkokat és forrasztópárnákat. Az elektródaelrendezéstől függően akár 30 százalék ezüst takarítható meg. Emellett a ólmot tartalmazó forrasztással borított rézcsatlakozókat vagy az ezüst tartalmú ragasztót olcsóbb alumíniummal helyettesítik.

Erős kapcsolat, alacsony ellenállások

A szilíciumlapok gyártásában az elmúlt években egyre nagyobb formátumok jelentek meg a napelemiparban. Ezért mára az ipari szabvány az nagy cellák felosztása. „Ha sok kis cellát köt össze kevesebb nagy helyett, akkor az így keletkező áram és ellenállásveszteség csökken, míg a feszültség nő. Ezen előnyös tulajdonságok ellenére egy sok kis cellából álló napelem modul összekapcsolása bonyolultabb és drágább – pontosan ezt célozza meg a FoilMet®” – magyarázza Jan Paschen, a Fraunhofer ISE Lézertechnológiai csoportjának PhD-hallgatója.

Magas rugalmasság a stringben és a cellák elrendezésében

A fólia rögzítése a szigetelőujj területén nagyon erős mechanikus tapadást eredményez, amely túlmutat a fémfólia szilárdságán. A fólia magas mechanikai rugalmassága lehetővé teszi mind a szelídített kialakítást, ahol a napelemcellák enyhén átfedésben vannak, mind a cellák közvetlen egymás melletti elrendezését. Mindkét esetben nagyon kicsi hajlítási sugárak lehetségesek a stringben. A kapcsolási eljárás ugyanúgy alkalmazható PERC- és TOPCon-szoláriszeleknél.

„A technológiánk lenyűgöző része, hogy mind az alacsony elektromos ellenállások, mind a szelídítés lehetősége miatt magas modulhatékonyságot és esztétikát ígér, és a nagyon magas mechanikai rugalmasság a stringben ideálissá teszi a napelemes alkalmazásokat az integrált fotovoltaikában. Másrészt a költség- és anyagmegtakarítási potenciál miatt a módszer további érdekessé válik a PV tömeggyártás számára” – mondja Dr. Jan Nekarda, a Fraunhofer ISE Struktúrálás és Metallizálás osztályvezetője.

Ezután a kutatócsoport tervezi egy pilotüzem kiépítését, hogy nagyobb darabszámokat reprodukálható módon tudjanak gyártani. Egyidejűleg a technológia első élettartam-analízisét végzik a modulban. Ez különösen fontos, mivel alumínium nem szokásos anyag a kapcsolásban.