FoilMet®: Oszczędzające zasoby, elastyczne połączenie ogniw słonecznych za pomocą mikrocięć laserowych

String z komórek dachowych, połączonych metodą FoilMet®. © Fraunhofer ISE

String z komórek słonecznych, połączonych metodą FoilMet®.
© Fraunhofer ISE

Schematyczny rysunek obszaru połączenia dwóch sąsiednich komórek za pomocą łącznika krawędziowego z folii aluminiowej (Przykład przedstawia wykonanie w technologii dachówki). © Fraunhofer ISE

Fraunhofer-Institut für Solare Energiesysteme ISE opracowało metodę laserową, dzięki której można zasilać PERC i TOPCon bez szyn zbiorczych, łącząc je za pomocą folii aluminiowej w sposób oszczędzający zasoby i elastyczny. Technologia FoilMet® nie wymaga przewodzącego kleju ani lutowania i pozwala na redukcję zużycia srebra w module słonecznym nawet do 30 procent. Mechanicznie elastyczne połączenie umożliwia zarówno zakrzywione ułożenie łańcucha, jak i ułożenie z złączonymi na siebie komórkami dla maksymalnej wydajności modułu, a także powszechne w masowej produkcji „układanie obok siebie” komórek z niewielką odległością, co zapewnia możliwie najtańszą konstrukcję modułu. Na Intersolar Europe (11.-13.05.2022, Messe München, stoisko A1.540) instytut zaprezentował łańcuch komórek słonecznych z 30 komórkami, połączony metodą laserową.

W nowej koncepcji połączeń opartych na laserze cienka taśma folii aluminiowej łączy ze sobą sąsiednie komórki. Naukowcom z Fraunhofer ISE udało się bezpośrednio połączyć folię z ścieżkami przewodzącymi za pomocą specjalnego procesu laserowego mikrolutowania i związać ją z powierzchnią azotku krzemu w obszarze między palcami. Cała procedura trwa mniej niż jedną dziesiątą sekundy na waflu. Gwarantuje to bardzo niskie opory kontaktu między folią a elektrodami, co umożliwia osiągnięcie najwyższych sprawności modułów. Kluczowe jest to, że metoda ta nie wymaga już srebrnych szyn zbiorczych i padów lutowniczych, które są zwykle potrzebne do połączeń. W zależności od układu elektrod można zaoszczędzić do 30 procent srebra. Dodatkowo, miedziane złącza pokryte lutem zawierającym ołów lub klej zawierający srebro są zastępowane tańszym aluminium.

Silne połączenie, niskie opory

Rozwój w produkcji wafli od lat prowadzi do coraz większych formatów w przemyśle fotowoltaicznym. Dlatego obecnie standardem przemysłowym jest dzielenie dużych komórek na mniejsze. „Połączenie wielu małych komórek zamiast kilku dużych powoduje mniejszy strumień prądu i stratę oporu, a napięcie jest wyższe. Pomimo tych korzystnych właściwości, moduł słoneczny z wielu małych komórek jest bardziej skomplikowany i kosztowny w połączeniu — właśnie tym zajmujemy się w FoilMet®” wyjaśnia Jan Paschen, doktorant z grupy Laserprozesstechnologie w Fraunhofer ISE.

Wysoka elastyczność w łańcuchu i układzie komórek

Mocowanie folii w obszarze między palcami prowadzi do bardzo silnego połączenia mechanicznego, wykraczającego poza wytrzymałość samej folii metalowej. Wysoka elastyczność mechaniczna folii pozwala zarówno na połączenia w konstrukcji typu „schindel”, gdzie komórki słoneczne nachodzą na siebie, jak i na ułożenie komórek bezpośrednio obok siebie. W obu przypadkach możliwe są bardzo małe promienie zginania łańcucha. Metoda połączeń może być stosowana zarówno do komórek PERC, jak i TOPCon.

„To, co fascynujące w naszej technologii, to fakt, że dzięki niskim oporom elektrycznym i możliwości układania w „schindel” zapewnia wysokie sprawności modułów i estetykę, a jednocześnie, dzięki bardzo wysokiej elastyczności mechanicznej łańcucha, jest idealna do niszowych zastosowań w zintegrowanej fotowoltaice. Z drugiej strony, wysokie potencjały oszczędności kosztów i materiałów sprawiają, że metoda ta jest jeszcze bardziej interesująca dla masowego rynku PV” mówi dr Jan Nekarda, kierownik działu Strukturyzacji i Metalizacji w Fraunhofer ISE.

Najbliższe plany zespołu badawczego obejmują budowę pilotażowej instalacji, aby móc powtarzalnie produkować większe ilości. Jednocześnie technologia będzie poddawana pierwszym analizom trwałości w module. Jest to szczególnie istotne, ponieważ aluminium nie jest standardowym materiałem stosowanym do połączeń.