FoilMet®: Connessione flessibile e sostenibile delle celle solari tramite microincisioni laser

String di celle di tetto, collegate tramite il metodo FoilMet®. © Fraunhofer ISE

String di celle di tetto, collegate tramite il metodo FoilMet®.^{© Fraunhofer ISE}

Schema del collegamento tra due celle adiacenti tramite il connettore di bordo in foglio di alluminio (L'esempio mostra la configurazione a tegola). © Fraunhofer ISE

Il Fraunhofer-Institut für Solare Energiesysteme ISE ha sviluppato un procedimento laser con cui le celle solari PERC e TOPCon prive di busbar possono essere collegate in modo risparmioso di risorse e flessibile tramite una pellicola di alluminio. La tecnologia FoilMet® non utilizza adesivi conduttivi o saldature e permette una riduzione del consumo di argento nel modulo solare fino al 30 percento. La connessione meccanicamente flessibile consente, oltre a una configurazione curva della stringa, sia un posizionamento di celle affiancate per massimizzare l’efficienza del modulo, sia l’“affiancamento” delle celle con uno spazio ridotto, tipico della produzione di massa, per una costruzione del modulo il più possibile economica. Alla Intersolar Europe (11-13 maggio 2022, Fiera di Monaco, stand A1.540) l’istituto ha mostrato una stringa di celle solari composta da 30 celle, collegata tramite il procedimento laser.

Nel nuovo concetto di collegamento basato su laser, una sottile striscia di pellicola di alluminio collega le celle adiacenti tra loro. I ricercatori dell’Fraunhofer ISE sono riusciti a collegare direttamente la pellicola con le piste conduttive tramite un processo speciale di micro-saldatura laser e a legarla all’area tra i contatti in silicio nitrato. L’intero procedimento dura meno di un decimo di secondo per wafer. Garantisce resistenze di contatto molto basse tra la pellicola e gli elettrodi, consentendo così massimi rendimenti del modulo. La grande novità: il procedimento non richiede più i busbar e i pad di saldatura in argento normalmente necessari per il collegamento. A seconda del layout degli elettrodi, si può risparmiare fino al 30 percento di argento. Inoltre, i collegamenti in rame rivestiti di stagno o la colla conduttiva in argento vengono sostituiti con alluminio più economico.

Connessione forte, resistenze basse

Le evoluzioni nella produzione di wafer portano da anni nel settore solare a formati sempre più grandi. Per questo motivo, è ormai diventato uno standard industriale suddividere le celle di grandi dimensioni. »Collegare molte piccole celle invece di poche grandi riduce la corrente generata e le perdite di resistenza, aumentando la tensione«, spiega Jan Paschen, dottorando del gruppo Laserprozesstechnologie presso l’Fraunhofer ISE.

Elevata flessibilità nella stringa e nell’organizzazione delle celle

Il fissaggio della pellicola nella zona tra i contatti porta a un’adesione meccanica molto forte, superiore alla resistenza della pellicola metallica stessa. L’elevata flessibilità meccanica della pellicola permette sia il collegamento in configurazione a scaglie, in cui le celle solari si sovrappongono leggermente, sia il posizionamento delle celle affiancate. In entrambi i casi, sono possibili raggi di curvatura molto piccoli della stringa. La tecnologia di collegamento può essere utilizzata sia per celle PERC che TOPCon.

»La cosa affascinante della nostra tecnologia è che, grazie alle basse resistenze elettriche e alla possibilità di sovrapposizione, promette alti rendimenti del modulo e un’estetica gradevole, e, insieme all’elevata flessibilità meccanica della stringa, si rivolge a applicazioni di nicchia nell’energia fotovoltaica integrata. D’altra parte, il grande potenziale di risparmio di costi e materiali rende il procedimento ancora più interessante per il mercato di massa del PV«, spiega il Dr. Jan Nekarda, responsabile della divisione Strutturazione e Metallizzazione presso l’Fraunhofer ISE.

Il prossimo passo del team di ricerca è la costruzione di un impianto pilota per poter produrre in modo riproducibile quantità maggiori. Contemporaneamente, la tecnologia verrà sottoposta a prime analisi di durata d’uso nel modulo. Ciò è particolarmente importante poiché l’alluminio non è un materiale standard per il collegamento.