Έρευνα για την μείωση κόστους φωτοβολταϊκών - Ο ρόλος του χαλκού

Μια ερευνητική ομάδα υπό την ηγεσία γερμανικού ερευνητικού κέντρου πρότεινε τη χρήση της μεθόδου άμεσης σύνδεσης συρμάτων ως μια μέθοδο χαμηλής θερμοκρασίας για τη διασύνδεση ηλιακών κυψελών ετεροδιασταύρωσης (HJT) χωρίς δάχτυλα στην μπροστινή πλευρά, χρησιμοποιώντας χαμηλού κόστους και υψηλής αγωγιμότητας χάλκινα (Cu) σύρματα.

«Η μελέτη μας έδειξε ότι είναι εφικτή η σύνδεση χαμηλού κόστους χάλκινων συρμάτων σε ηλιακές κυψέλες HJT ως ηλεκτρόδια, με τη χρήση αγώγιμης πάστας που εφαρμόζεται σε ξεχωριστά σημεία για να αντικαταστήσει τη συμβατική διαδικασία μεταλλοποίησης και διασύνδεσης», ανέφεραν οι επιστήμονες. «Η πάστα που χρησιμοποιείται σε αυτή τη δομή στερεοποιείται σε χαμηλές θερμοκρασίες κατά τη διαδικασία συγκόλλησης, καθιστώντας την κατάλληλη για ηλιακές κυψέλες ετεροδιασταύρωσης και συνδυασμού περοβσκίτη-πυριτίου».

Στο άρθρο με τίτλο «Μείωση αργύρου μέσω άμεσης σύνδεσης συρμάτων για ηλιακές κυψέλες ετεροδιασταύρωσης πυριτίου», το οποίο δημοσιεύθηκε πρόσφατα στο περιοδικό Solar Energy Materials and Solar Cells, η ερευνητική ομάδα εξήγησε ότι όλα τα πειράματά τους διεξήχθησαν σε εμπορικές ηλιακές κυψέλες ετεροδιασταύρωσης χωρίς μεταλλοποίηση τύπου M2+, με μήκος 156,75 mm και διάμετρο 210 mm. Οι κυψέλες κόπηκαν σε τετράγωνα 5 cm × 5 cm από την άκρη, αφήνοντας τρεις μη παθητικοποιημένες άκρες.

Για την μπροστινή πλευρά της κυψέλης, χρησιμοποίησαν χάλκινα σύρματα διαμέτρου 30 μm, με πάστα από ασήμι-επικαλυμμένο χαλκό να εφαρμόζεται σε «μικροσκοπικά» σημεία κατά μήκος των συρμάτων. «Μετά τη σύνδεση έξι συρμάτων χαλκού διαμέτρου 250 μm επικαλυμμένων με κόλληση χαμηλής θερμοκρασίας, με απόσταση 8,28 mm στην πίσω επαφή, η κυψέλη τοποθετείται σε ένα μοντέλο διαστάσεων 20 cm × 20 cm και συγκολλάται στους 150°C για 1.060 δευτερόλεπτα, κατά τη διάρκεια των οποίων η πάστα θερμαίνεται», εξήγησαν. Η ερευνητική ομάδα στη συνέχεια σύνδεσε τρεις κορδέλες από χαλκό επικαλυμμένες με ασήμι και πλάτους 1 mm, χρησιμοποιώντας ηλεκτρικά αγώγιμη κόλλα, η οποία εφαρμόστηκε σε σημεία με απόσταση 1,65 cm.

Οι κυψέλες που κατασκευάστηκαν με αυτή την αρχιτεκτονική δοκιμάστηκαν σε σειρά προσομοιώσεων και η γραμμική αντίσταση των χάλκινων συρμάτων βρέθηκε να είναι έξι φορές χαμηλότερη από εκείνη ενός αργυρού δακτύλου και 13 φορές χαμηλότερη από εκείνη των δακτύλων με πάστα χαλκού επικαλυμμένου με ασήμι. Οι ερευνητές δήλωσαν ότι αυτό εξασφαλίζει μεταφορά ρεύματος σε μεγαλύτερες αποστάσεις. «Συνδυάζοντας τα οφέλη της πάστας χαλκού επικαλυμμένου με ασήμι στα σημεία επαφής με τη χαμηλότερη γραμμική αντίσταση των χάλκινων συρμάτων, η μέθοδος DWB είναι υποσχόμενη για την επίτευξη απόδοσης συγκρίσιμης με τις παραδοσιακές μεθόδους μεταλλοποίησης και διασύνδεσης», τόνισαν.

Η ανάλυσή τους έδειξε επίσης ότι ένα ηλιακό πάνελ που κατασκευάστηκε με τις προτεινόμενες ηλιακές κυψέλες πέτυχε απόδοση μετατροπής ισχύος 20,19%, συγκρινόμενη με 20,43% για ένα πρότυπο πάνελ που κατασκευάστηκε με έξι παραδοσιακά καλώδια διασύνδεσης στην μπροστινή πλευρά. Παρά τη μικρή μείωση στην απόδοση, η προτεινόμενη διαμόρφωση κυψέλης προσφέρει σημαντικά πλεονεκτήματα όσον αφορά την κατανάλωση πάστας, με τους επιστήμονες να επιβεβαιώνουν ότι είναι συγκρίσιμη με εκείνη των μοντέλων με τη χαμηλότερη χρήση λύσης 0BB. «Ωστόσο, η μέθοδος DWB προσφέρει σημαντική εξοικονόμηση κόστους, εξαλείφοντας την ανάγκη για υλικό διασύνδεσης», κατέληξαν.