該研究項目負責人Andreas Lorenz表示：“在這項研究中，弗勞恩霍夫ISE研究了幾種在HJT太陽能電池上使用絲網印刷銀銅和銅漿的金屬化方法。我們的目標是一方面大幅降低銀的消耗，另一方面通過確保絲網印刷金屬化圖案具有非常好的光學和電學性能來獲得高轉換效率。”
據洛倫茲介紹，如果能夠在電池正面使用銀含量降低的漿料實現非常細的線條，而背面使用純銅漿料則可大大減少銀的用量，甚至完全避免銀的用量，那么就有可能實現提出的目標。
他補充道：“為了在絲網印刷中實現如此精細的線條，采用具有超細網格的新型絲網配置有利于實現超精細且均勻的接觸。我們開發(fā)了一個模型，用于計算、比較和優(yōu)化不同絲網配置下銀的有效利用率。結果表明，使用由銀和銅制成的新型網格配置的金屬化漿料替代純銀漿料，銀的有效利用率可提高2倍。”
研究人員利用弗勞恩霍夫太陽能系統(tǒng)研究所 (Fraunhofer ISE) 的 GridMaster 仿真工具，對不同的金屬化方案進行了一系列模擬，旨在實現銀耗量最低的高效太陽能電池。實驗表明，傳統(tǒng)的正反面銀漿金屬化工藝可以逐步被銀銅漿和純銅漿取代，并且可以使用日本編織絲網供應商 Asada Mesh, Co. Ltd. 提供的新型超細網篩，印刷出開口尺寸最小可達 13 微米的超細線金屬化圖案。
“正面采用銀銅漿料，背面采用純銅漿料，并結合優(yōu)化的細線印刷工藝，我們得以生產出高效的異質結太陽能電池，銀耗僅為每瓦1.4毫克，”洛倫茲解釋說。“這意味著，我們首次成功實現了銀耗低于每瓦2毫克的長期目標。”
研究還發(fā)現，這些太陽能電池的效率甚至高于銀金屬化參考電池，且銀的消耗量極低。“采用銀銅和銅金屬化的銀節(jié)省電池，效率相對提高了0.9%，”弗勞恩霍夫ISE研究員Sebastian Pingel說道。“我們之所以能取得這一成果，是因為我們用銀銅代替銀，在正面打印了更細的線條，開口為17微米而不是20微米，并在背面打印了銅代替銀。”
當被問及制造成本的潛在改進時，Lorenza 表示：“很遺憾，我們還沒有針對具體電池進行計算。這并非不可能，但并非易事，因為要進行可靠的 COO 分析，必須考慮整個生產流程。然而，成本節(jié)約潛力巨大，因為銀金屬化成本在總成本中占了相當大的比重。”
他總結道：“弗勞恩霍夫ISE的進一步活動將集中于進一步減少印刷手指的寬度，并評估模塊中新型金屬化的可靠性和長期穩(wěn)定性。”
最近，該研究團隊還展示了如何通過使用基于銀、銀包覆銅或純銅顆粒的低溫漿料進行絲網印刷來降低異質結(HJT)電池的銀耗。他們的研究成果發(fā)表在最近發(fā)表于《太陽能材料與太陽能電池》雜志的論文《從銀基到銅基絲網印刷SHJ太陽能電池的轉變》中。
