Un nuevo proceso de metalización reduce la demanda de plata de los módulos en un 30%

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El Instituto Fraunhofer de Sistemas de Energía Solar (ISE) ha colaborado con el Centro de Evaluación de Tecnología Fotovoltaica para mejorar el proceso de serigrafía utilizado para aplicar dedos de plata en las células solares de silicio.

El proceso de metalización de línea fina probado en laboratorios del sur de Alemania permite un ancho de dedo inferior a 19 µm y una altura de 18 µm en un solo paso de impresión, en comparación con los 30 µm actuales. Los investigadores afirman que su innovación podría reducir el consumo de plata de los módulos en un 30%, una cifra que tendría ramificaciones significativas en los costos generales de fabricación.

Imagen de microscopio electrónico de barrido de la superficie de la sección transversal de un dedo de contacto serigrafiado de línea fina. Imagen: Fraunhofer ISE

Imagen: Fraunhofer ISE

“En colaboración con los socios de la industria en la metalización de la serigrafía de líneas finas, en particular con los fabricantes de serigrafía Koenen GmbH y Murakami Co Ltd, así como con el proveedor de productos químicos para serigrafía Kissel + Wolf GmbH, hemos conseguido reducir el ancho de los dedos de contacto a menos de 20 micrómetros, lo que supone una reducción del 30-40% en comparación con el estándar actual de la industria”, dijo Andreas Lorenz, director de proyecto del grupo de tecnología de impresión del Fraunhofer ISE.

Los dedos más delgados no solo reducen el contenido de plata, sino que también mejoran las propiedades eléctricas, señaló el equipo. Cuando se utiliza una nueva tecnología de impresión con una tecnología más moderna de 8-15 barras colectoras, se reducen notablemente las pérdidas de potencia en los dedos de contacto.

Una abertura de dedo en una malla fina. Imagen: Fraunhofer ISE/ Koenen GmbH

El equipo también utilizó una nueva pantalla de malla fina para el proceso de metalización de las células solares de contacto posterior del emisor pasivado (PERC) en dos series independientes. Para el experimento PERC, el Fraunhofer ISE utilizó parámetros de pantalla óptimos y “un ancho de dedo nominal de 24µm debido a la limitación del número disponible de barras colectoras en la célula solar (en este caso cinco)”. El instituto afirmó que la célula PERC de mejor rendimiento en el experimento tenía una eficiencia de conversión del 22,1%.

“Con el uso de sistemas de cribado y pegado de alta ingeniería para la metalización de líneas finas, sería posible empezar a fabricar células solares con dedos de contacto casi invisibles a escala industrial en un futuro próximo”, dijo Florian Clement, jefe de tecnología de producción en el departamento de estructuración y metalización del instituto. “Esto representaría una gran ventaja para aplicaciones en fotovoltaica integrada, donde se requieren superficies de módulos estéticas y homogéneas”.

La cantidad de plata necesaria para producir pasta de plata conductiva para la parte delantera y trasera de la mayoría de las células fotovoltaicas podría reducirse casi a la mitad para 2028, de un promedio de 130 mg por célula en 2016 a aproximadamente 65 mg, según el informe Papel de la plata en la Revolución Verde publicado por CRU Consulting en nombre de The Silver Institute.

Demanda de plata

Los autores del informe explicaron que la cantidad de plata utilizada en la fabricación de células solares ya había disminuido de 400 a 130 mg entre 2007 y 2016. Los autores predijeron que la producción celular crecería de 4,7 W en la actualidad a 6 W para 2030, contribuyendo a una reducción de 10,5 mg en el uso de plata por vatio.

La necesidad de reducir el uso de plata fue ilustrada por los hallazgos del informe de la Encuesta Mundial de Plata 2019 publicado por The Silver Institute. Según la encuesta, los precios de la plata crecieron un 7% el año pasado después de aumentar un 4% en 2017. Esa tendencia, según el instituto, se redujo a un crecimiento récord de la demanda en la industria fotovoltaica.

El proyecto de metalización Fraunhofer ISE fue financiado por el Ministerio Federal de Economía y Energía de Alemania. Se han prometido resultados más detallados de la colaboración en investigación con Koenen, Kissel + Wolf y Wickon Hightech GmbH en la feria EU PVSEC en Marsella la próxima semana, y en PVSEC en Xi’an, China, a principios de noviembre.