स्क्रीन प्रिंटिंग&सोलर सेल बनाने के लिए को-फायरिंग

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सौर फोटोवोल्टिक उद्योग में, संपर्क पैटर्न बनाने के लिए स्क्रीन प्रिंटिंग विधि का उपयोग सिलिकॉन वेफर सौर कोशिकाओं के लिए अधिकांश धातुकरण प्रक्रियाओं के लिए होता है। मेनस्ट्रीमपी-टाइप स्टैंडर्ड सोलर सेल्स के लिए फ्रंट और रियर स्क्रीन प्रिंटेड मेटल पेस्ट के को-फायरिंग द्वारा कॉन्टैक्ट मेटलाइजेशन एक प्रमुख रूप से इस्तेमाल की जाने वाली प्रक्रिया है।

स्क्रीन-मुद्रित सौर कोशिकाओं को उत्पन्न वाहकों से प्रवाहित होने की अनुमति देने के लिए सामने की सतह के धातु संपर्कों की आवश्यकता होती है। फ्रंट मेटल कॉन्टैक्ट्स का डिज़ाइन महत्वपूर्ण है। धातु का संपर्क उंगलियों और बसबारों से बना होता है। धातु संपर्क में 2 या अधिक बसबार होते हैं। धातु प्रतिरोधक हानि के लिए बड़ी संख्या में बसबार स्क्रीन-मुद्रित उंगलियों की कम ऊंचाई की अनुमति दे सकते हैं। डिजाइन को छायांकन हानि और धातु प्रतिरोध हानि के आधार पर अनुकूलित किया गया है। विद्युत रूप से, यह क्रमशः जेएससीओआरआरएस को प्रभावित करेगा। उंगली की चौड़ाई की सामान्य चौड़ाई 55 - 80 माइक्रोन है। फ्रंट कॉन्टैक्ट (सिल्वर) सेल के परिधीय क्षेत्रों से करंट को बसबार तक पहुंचाता है, जो आमतौर पर उंगलियों के लंबवत होते हैं। मॉड्यूल बनाने के लिए कोशिकाओं को आपस में जोड़ा जाता है। जब मॉड्यूल बनाने के लिए कोशिकाओं को जोड़ा जाता है, तो इंटरकनेक्ट रिबन को बसबारों में मिलाया जाता है और कोशिकाओं की एक स्ट्रिंग में आसन्न सेल की पिछली सतह पर पी-प्रकार के संपर्कों से जुड़ता है।

नीचे दिए गए वीडियो में हम UNSW सिडनी में सोलर इंडस्ट्रियल रिसर्च फैसिलिटी (SIRF) में स्क्रीन प्रिंटिंग प्रक्रिया दिखाते हैं।

सामने संपर्क

सिल्वर फ्रंट कॉन्टैक्ट पैटर्न सीधे सिलिकॉन नाइट्राइड एंटी-रिफ्लेक्शन कोटिंग (एआरसी) पर मुद्रित होता है। इसलिए, सिलिकॉन के साथ विद्युत संपर्क बनाने के लिए एआरसी कोटिंग के माध्यम से प्रवेश करने के लिए चांदी के पैटर्न की आवश्यकता होती है। विद्युत संपर्क तब किया जाता है जब सेल को इनलाइन फायरिंग फर्नेस में सह-फायर किया जाता है। सह-फायरिंग प्रक्रिया के दौरान पिछला संपर्क भी किया जाता है। सह-फायरिंग प्रक्रिया में 5 सेकंड या उससे कम समय के लिए 750 से 870 डिग्री सेल्सियस की सीमा में एक चरम फायरिंग तापमान शामिल है। प्रक्रिया के दौरान, पेस्ट एआरसी कोटिंग को खोदता है और परत के माध्यम से प्रवेश करता है और अंतर्निहित सिलिकॉन के साथ एक ओमिक संपर्क बनाता है। हालांकि, फायरिंग तापमान और समय को अनुकूलित करना महत्वपूर्ण है। जब फायरिंग प्रक्रिया या तो बहुत अधिक तापमान पर या बहुत लंबे समय तक की जाती है, तो सामने का संपर्क सिलिकॉन में गहराई से प्रवेश कर सकता है और जंक्शन के करीब संपर्क बना सकता है। यह प्रभावी रूप से संपर्क प्रतिरोध (इतना अधिक आरएस) को बढ़ाएगा क्योंकि धातु वेफर के अधिक प्रतिरोधी क्षेत्र के साथ संपर्क बनाएगी। स्क्रीन-प्रिंटिंग को सक्षम करने के लिए आवश्यक बाइंडर्स और सॉल्वेंट के अलावा (जैसा कि एल्यूमीनियम स्क्रीन-प्रिंटिंग के लिए वर्णित है), सिल्वर पेस्ट में सिल्वर पार्टिकल्स, ग्लास फ्रिट्स (पार्टिकल्स) और एडिटिव्स जैसे लेड या बिस्मथ होते हैं जो सिल्वर के पिघलने के तापमान को कम करते हैं। और समान संपर्क के लिए सतह को गीला करने में मदद करें। 3 बस बार सोलर सेल के लिए फ्रंट स्क्रीन का चित्र चित्र 1 में दिखाया गया है।

पिछला संपर्क

सौर सेल की अधिकांश पिछली सतह को एल्युमिनियम पेस्ट के साथ स्क्रीन-प्रिंट किया जाता है ताकि रियर इलेक्ट्रोड बनाया जा सके। इसके अतिरिक्त, सोल्डरिंग द्वारा अन्य कोशिकाओं से इंटरकनेक्शन के लिए सिल्वर पेस्ट के साथ टैब भी प्रिंट किए जाते हैं। रियर कॉन्टैक्ट का ऑप्टिमाइज़ेशन फ्रंट कॉन्टैक्ट जितना महत्वपूर्ण नहीं है, लेकिन रियर परफॉर्मेंस को बेहतर बनाने के लिए ऑप्टिमाइज़ करना अभी भी महत्वपूर्ण है। एल्यूमीनियम पेस्ट की एक मोटी परत (आमतौर पर ~ 30 माइक्रोन) मुद्रित होती है, जानबूझकर अंतराल के साथ और चांदी के पेस्ट को चांदी के बसबार टैब बनाने के लिए मुद्रित करने से पहले सूख जाती है। इनलाइन फायरिंग के दौरान एल्यूमीनियम की एक अवांछित रूप से मोटी परत एक वेफर झुकने का कारण बन सकती है। इनलाइन फर्नेस के माध्यम से फायरिंग में तेजी से हीटिंग और कूलिंग शामिल है, जो सी और अल के बीच थर्मल विस्तार गुणांक में अंतर के कारण सी वेफर में तनाव का निर्माण कर सकता है। वेफर बो के लिए सहिष्णुता 1.5 मिमी तक है अन्यथा यह मॉड्यूल निर्माण प्रक्रिया को प्रभावित करेगा। वर्तमान में, अधिकांश औद्योगिक सौर कोशिकाओं में एक पूर्ण एल्यूमीनियम पिछला संपर्क (तथाकथित एल्यूमीनियम बैक सतह क्षेत्र (अल-बीएसएफ) सौर सेल है। इस तकनीक में अभी भी 70% बाजार हिस्सेदारी है, हालांकि अगले में इसके गिरने की उम्मीद है दस साल [1]। फायरिंग प्रक्रिया में फायरिंग प्रक्रिया के दौरान और 570oC से अधिक फायरिंग तापमान पर एल्यूमीनियम-सिलिकॉन यूटेक्टिक का निर्माण होता है। शीतलन चरण के दौरान सिलिकॉन पुन: क्रिस्टलीकृत हो जाता है, और एक एल्यूमीनियम-डॉप्ड सिलिकॉन परत का निर्माण होता है जहां एल्यूमीनियम की एकाग्रता होती है उस तापमान से निर्धारित होता है जिस पर एल्यूमीनियम-सिलिकॉन चरण आरेख द्वारा शासित क्रिस्टलीकरण होता है। यह पुनर्रचना तब तक जारी रहती है जब तक कि गलनक्रांतिक तापमान तक नहीं पहुंच जाता है और पूरा तरल क्रिस्टलीकृत नहीं हो जाता है। इस प्रक्रिया के परिणामस्वरूप एपी-टाइप डोपेड क्षेत्र में पीछे की ओर होता है सौर सेल जो छिद्रों के संग्रह में सहायता करता है। इसके अलावा, यह पीछे की सतह के पुनर्संयोजन को भी कम करता है।

नीचे दिए गए वीडियो में हम आपको संपर्क फायरिंग चरण दिखाते हैं, जो सौर सेल निर्माण में अंतिम चरण है।

डबल प्रिंट

सिलिकॉन सौर कोशिकाओं के सामने की ओर धातुकरण के लिए मानक स्क्रीन प्रिंटिंग विधि उच्च थ्रूपुट दरों के साथ एक विश्वसनीय और अच्छी तरह से समझी जाने वाली प्रक्रिया है। प्रक्रिया स्थिरता और पर्याप्त रूप से कम धातु प्रतिरोध सुनिश्चित करने के लिए आवश्यक विशिष्ट लाइन चौड़ाई लगभग 120 माइक्रोन है। क्रिस्टलीय सिलिकॉन सौर कोशिकाओं की उच्च दक्षता प्राप्त करने के लिए, ओपन सर्किट वोल्टेज वीओसी और शॉर्ट सर्किट वर्तमान घनत्व जेएससी दोनों में सुधार करने की आवश्यकता है। उन्हें सुधारने के लिए एक दृष्टिकोण उच्च शीट प्रतिरोध उत्सर्जक होना है। स्क्रीन पेस्ट को कम डोप किए गए उत्सर्जक से संपर्क करने के लिए अनुकूलित किया गया है, इसलिए उच्च शीट प्रतिरोध। हालांकि, उच्च शीट प्रतिरोध सेल के पार्श्व प्रतिरोध से उच्च श्रृंखला प्रतिरोध को जन्म देगा, जो भरण कारक को कम कर सकता है। इसकी भरपाई फिंगर स्पेसिंग द्वारा की जा सकती है, जिससे सामने की ओर की संरचना का छायांकन क्षेत्र अंश बढ़ जाता है। इसलिए, छायांकन के नुकसान को कम करने के लिए, लाइन की चौड़ाई में कमी आवश्यक है। स्क्रीन में खुलने वाली रेखा की चौड़ाई को कम करके उंगली की चौड़ाई को कम किया जा सकता है लेकिन इससे उंगलियों का एक छोटा क्रॉस-सेक्शन क्षेत्र हो सकता है, जिससे उच्च धातु प्रतिरोध हो सकता है। इसे डबल प्रिंट करके कम किया जा सकता है जो धातु की उंगलियों की ऊंचाई को काफी बढ़ा सकता है। यह स्क्रीन प्रिंटर की वर्तमान पीढ़ी की उत्कृष्ट संरेखण एकरूपता द्वारा सक्षम किया गया है जिसमें संरेखण सटीकता 15 माइक्रोन या बेहतर है। एक अतिरिक्त लाभ यह है कि पहले प्रिंट के संभावित फिंगर रुकावटों को दूसरे प्रिंट द्वारा ठीक किया जा सकता है क्योंकि यह असंभव है कि एक ही स्थिति में दो अलग-अलग स्क्रीन प्रिंटर के रुकावटें हों।