FoilMet®: Milieuvriendelijke, flexibele zonnecelverbinding door laser-microfugen

String uit schindelcellen, die met de FoilMet®-methode zijn verbonden. © Fraunhofer ISE

String uit schindelcellen die met de FoilMet®-methode zijn verbonden. © Fraunhofer ISE

Schema van het verbindingsgebied tussen twee aangrenzende cellen met behulp van de randverbinder van aluminiumfolie (Het voorbeeld toont de uitvoering in schindelbouw). © Fraunhofer ISE

Het Fraunhofer-Institut voor Solare Energiesystemen ISE heeft een laserproces ontwikkeld waarmee busbarvrije PERC- en TOPCon-zonnecellen door middel van een aluminiumfolie op een hulpbronnensparende en flexibele manier kunnen worden verbonden. De FoilMet®-technologie komt zonder geleidende lijm of soldeer uit en maakt een vermindering van het zilververbruik in het zonnepaneel tot wel 30 procent mogelijk. De mechanisch flexibele verbinding maakt naast een gebogen opstelling van de string zowel een rangschikking als geschindelde cellen mogelijk voor maximale module-efficiëntie, als ook de in de massaproductie gebruikelijke « naast elkaar plaatsen » van de cellen met geringe afstand voor een zo kostenefficiënt mogelijk modulebouw. Op de Intersolar Europe (11.-13.5.2022, Messe München, stand A1.540) toonde het instituut een zonnecelstring uit 30 cellen, die met het laserproces was verbonden.

Bij het nieuwe laser-gebaseerde verbindingsconcept verbindt een dunne strook aluminiumfolie de aangrenzende cellen met elkaar. De onderzoekers van het Fraunhofer ISE slaagden erin om de folie direct met de geleidende banen te verbinden door een speciale laser-microlasproces en in het tussenvingergedeelte te binden aan het siliciumnitridoppervlak. Het hele proces duurt minder dan een tiende van een seconde per wafer. Het garandeert zeer lage contactweerstanden tussen folie en elektroden en maakt daarmee de hoogste module-energieprestaties mogelijk. Het slimme hierbij is dat het proces de anders voor de verbinding benodigde zilver-busbars en soldeerpads niet meer vereist. Afhankelijk van de elektrodenlay-out kunnen zo tot 30 procent zilver worden bespaard. Daarnaast worden de met loodhoudend soldeer omhulde koperen verbindingen of de zilverhoudende lijm vervangen door goedkoper aluminium.

Sterke verbinding, lage weerstanden

Verdere ontwikkelingen in de waferproductie leiden in de zonne-energie-industrie al jaren tot steeds grotere formaten. Daarom is het inmiddels de industriestandaard geworden om de grote cellen op te splitsen. »Als men veel kleine cellen in plaats van enkele grote verbindt, wordt de daarin opgewekte stroom en weerstandverlies kleiner en de spanning groter. Ondanks deze voordelige eigenschappen is een zonnepaneel van veel kleine cellen ingewikkelder en duurder in de verbinding – precies dat adresseren wij met FoilMet®«, legt Jan Paschen, promovendus van de groep Laserprocesstechnologie aan het Fraunhofer ISE, uit.

Hoge flexibiliteit in de string en bij de celopstelling

De bevestiging van de folie in het tussenvingergedeelte leidt tot een zeer sterke mechanische hechting, die verder gaat dan de sterkte van de metalen folie. De hoge mechanische flexibiliteit van de folie maakt zowel het verbinden in schindelopstelling mogelijk, waarbij de zonnecellen een lichte overlapping vormen, als ook de rangschikking van de cellen direct naast elkaar. In beide gevallen zijn zeer kleine buigradiussen van de string mogelijk. De verbindingsmethode kan even goed worden toegepast voor PERC- en TOPCon-zonnecellen.

»Het fascinerende aan onze technologie is dat het enerzijds door de lage elektrische weerstanden en de mogelijkheid tot schindelen hoge module-energieprestaties en esthetiek belooft, en samen met de zeer hoge mechanische flexibiliteit van de string geschikt lijkt voor nichetoepassingen in de geïntegreerde fotovoltaïk. Anderzijds maakt het hoge potentieel voor kosten- en materiaalsbesparing de methode extra interessant voor de PV-massa markt«, aldus Dr. Jan Nekarda, afdelingshoofd Structurering en Metallisering aan het Fraunhofer ISE.

Het volgende plan van het onderzoeksteam is het opzetten van een pilotinstallatie om grotere aantallen reproduceerbaar te kunnen produceren. Tegelijkertijd ondergaat de technologie in het module eerste gebruiksduuranalyses. Dit is des te belangrijker omdat aluminium niet standaard wordt gebruikt voor de verbinding.