Nouvelle technologie de métallisation pour cellules HJT : moins d’argent et meilleur rendement

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D’après pv magazine International

Des chercheurs de l’Institut allemand Fraunhofer pour les systèmes d’énergie solaire (Fraunhofer ISE) ont optimisé la métallisation de la face avant des cellules solaires à hétérojonction de silicium (SHJ), en déposant une couche très fine d’argent pour une interconnexion multifils.

« Cette approche est simple à mettre en œuvre, car elle nécessite seulement d’utiliser un système d’écrans aux lignes suffisamment fines, associé à une grille à la disposition optimisée », explique Andreas Lorenz, principal auteur de l’étude, à pv magazine. 

Pour optimiser le procédé de métallisation, les chercheurs ont pris en compte trois paramètres de fabrication : la technique d’impression, l’écartement entre les doigts et la largeur des doigts. « Dans les années à venir, l’une des principales difficultés résidera dans les pénuries croissantes de ressources critiques, à savoir l’argent, l’indium et le bismuth, précise le groupe de chercheurs. Il est notamment urgent de réduire la quantité d’argent entrant dans la composition des cellules solaires SHJ, la pâte d’argent étant généralement appliquée sur les faces avant et arrière dans les architectures types de ces cellules. »

Les travaux des scientifiques ont porté uniquement sur l’application d’argent sur la face avant. Ils ont d’abord comparé les écrans de sérigraphie sans nœud aux écrans standard. Dans le premier cas, ils ont utilisé un écran sans nœud à maillage fin (520 x 11 x 0°), et dans le second, un écran classique incliné à maillage fin (520 x 11 x 22,5°).

« La métallisation à l’avant est sérigraphiée à l’aide des deux types d’écrans, dans les mêmes conditions et à une vitesse d’impression de 300 mm/s », ajoutent-ils en précisant que la méthode sans nœud a obtenu une largeur de doigt moyenne plus mince de 1,3 µm par rapport au procédé standard.

Pour l’espacement entre les doigts, le groupe a testé un écartement de 1,3 mm (avec pour résultat 120 doigts) et un écartement de 1 mm (obtenant 156 doigts). Avec l’écartement de 1,3 mm, il a fallu 19 mg de pâte d’argent au total, un chiffre qui grimpe à 21 mg pour un espacement de 1 mm.

« La réduction de l’espacement entre les doigts entraîne une augmentation du facteur de remplissage (FF), tandis que la densité de courant de court-circuit baisse en raison de l’effet d’ombre plus important », observent les universitaires. Dans ce cas précis, les deux effets s’annulent en grande partie, ce qui se traduit par un rendement de conversion comparable pour les deux groupes.

Par ailleurs, les chercheurs ont testé trois largeurs de doigts différentes : 20 µm, 18 µm et 15 µm. D’après leurs observations, il est possible d’imprimer une grille à la disposition uniforme avec une largeur de 15 µm, ce qui permet de réduire la quantité d’argent de 5 mg par rapport à une largeur de 20 µg, en plus d’apporter un rendement supérieur de 0,14 %.

En suivant cette méthode, le groupe a confectionné des cellules solaires optimisées à l’aide de l’écran sans nœud à maillage fin (520 x 11 x 0°), avec un écartement des doigts de 1 mm et une largeur des doigts de 15 µm. Les dispositifs obtenus ont été comparés à des cellules non optimisées, fabriquées à l’aide d’un écran classique incliné à maillage fin (520 x 11 x 22,5°), avec un écartement des doigts de 1,3 mm et une largeur des doigts de 20 µm.

« Les cellules optimisées ont enregistré un rendement de conversion moyen de 23,2 %, soit 0,17 % de plus que les cellules témoins fabriquées sans optimisation, concluent les chercheurs. De plus, la couche de pâte d’argent a pu être réduite d’environ 2 mg pour ce groupe de cellules. Cela vient souligner l’importance que revêt l’optimisation systématique du processus de sérigraphie pour améliorer la performance des cellules solaires SHJ et l’utilisation des ressources nécessaires à leur fabrication. »

Les conclusions de cette étude sont présentées dans l’article « Towards a cutting-edge metallization process for silicon heterojunction solar cells with very low silver laydown », paru dans Progress in Photovoltaics. Le groupe de chercheurs comprend notamment des scientifiques travaillant pour le fabricant allemand de composants électroniques Yageo Nexensos GmbH.

Traduction assurée par Christelle Taureau.

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