Short description
(German)
|
In der Photovoltaik fand in den letzten Dekaden eine kontinuierliche Steigerung des Modul-Wirkungsgrades und eine Senkung der Herstellungskosten statt. Die ursprünglichen Ziele des Refined PV-Projekts waren die Steigerung der Modulleistung (>15 Wp) und die drastische Reduzierung des Silberverbrauchs (auf ≤30 mg; ca. 6 mg/Wp) für kristalline PERC Silicium-Solarzellen mittels einer neuen Zellmetallisierungstechnik und Feinliniendruck. Die PTP-Zellmetallisierungstechnik (Pattern Transfer Printing) der israelischen Firma Utilight ermöglichte die Feinlinien-Metallisierung von Zellen, die dann ideal mit der Smart Wire Connection Technology (SWCTTM) von Meyer Burger verbunden werden konnten. Das PTP ist eine ultrafeine Fingerlinien Drucktechnik mit hohem Aspektverhältnis und SWCTTM verwendet dünne Drähte mit einer Elektrodenfolie als Träger, um Zellen miteinander zu verbinden. Dies ermöglicht eine bessere Optimierung des Metallisierungs-Musters als die Standard-Busbartechnik. Erste Schritte im Projekt Refined PV waren die Installation, Prozessoptimierung und Hardwareverbesserung der PTP-Plattform von Utilight am ISC Konstanz. Zellseitig konnte der Verbrauch an Silberpaste für die Metallisierung für das M2-Zellenformat (156.75x156.75 cm2) auf 28 mg (ca. 5 mg/Wp) gesenkt werden. Dieser Wert wurde mit einer Fingerbreite von 22 µm und mit einem Aspektverhältnis von 0.6 erreicht. Im Vergleich zu herkömmlichen Siebdrucktechniken liegen diese Werte weit voraus in der Technologie-Entwicklung. Fortschritte wurden auch bei Metallisierungspasten-Formulierungen erzielt, die die Kontaktqualität auf PTP-metallisierten Solarzellen verbesserten. Modulseitig erzielte Meyer Burger Fortschritte bei SWCTTM mit Indium-freien-Drähten, die die Machbarkeit und Kostenreduzierung dieser Technologie mit PTP-metallisierten Zellen ermöglichten. Die Drähte wurden mit dieser neuen Legierung um rund die Hälfte kostengünstiger. Verschiedene Moduldesigns wurde getestet und weiterentwickelt (beispielsweise 72-Zellen- und Halbzellenmodule). Maschinenseitig stand bei Meyer Burger 2018 eine neue Stringer-Entwicklung für die Zellverbindung im Mittelpunkt. Das Produkt wurde unter dem Namen IBEX-CCS550 vermarktet. Der Fokus bei dieser Maschine lag auf einem höheren Durchsatz und einem geringeren Platzbedarf sowie Halbzellenfähigkeit. Im Jahr 2019 wurde eine neue Roll-to-roll-Einheit (RRU) entwickelt. Die RRU produziert Folien-Draht Komponenten (foil-wire-assembly, FWA) aus Polymerfilmen und Drähten. Die FWA wird für die Zellenverbindung im Stringer benötigt. Aus den feinlinien-metallisierten Zellen wurden bei Meyer Burger 16- und 60-Zellen-Solarmodule mit SWCTTM-Verbindung unter Verwendung von Indium-freien Drähten hergestellt. Dank der Fortschritte auf Zellebene konnte der Silberdruck von PTP auf 28 mg für optimale Zellen gesenkt werden, und sogar bis auf 17 mg für eine Fingerbreite von 18 µm, aber mit Einbussen in der Zellleistung. Mit diesen Ergebnissen wurde das erste Hauptziel des Projekts erreicht. Die mit diesen Zellen maximal erreichte Modulleistung betrug 310 Wp (Watt Peak) für 60-Zellen-Module. Die Zuverlässigkeit der Module wurde in Klimakammern getestet (PTC: Power Thermo Cycling, DH: Damp Heat, HF: Humidity Freeze). Ergebnisse: Die meisten Module bestanden 200 PTC-Zyklen (1 x IEC, <5 % Degradation) und 1000 h in DH (1 x IEC, <5 % Degradation). Die Ergebnisse zeigten, dass SWCTTM in der Lage ist, effektiv bis zu ≤ 20 mg Silber auf der Zellvorderseite zu verbinden. Dies wäre mit einem Busbar-Lötansatz nicht möglich. Mit den gebauten Modulen konnten wir den Benchmark des Projekts für kommerzielle 3-Busbar-Module (3BB) um mehr als 15 Wp übertreffen und damit das zweite Hauptprojektziel erreichen. Am Ende des Projekts konnte Meyer Burger eine hohe Stabilität und Zuverlässigkeit von SWCTTM-Modulen aus feinlinienförmigen metallisierten Zellen nachweisen. Dies war das dritte Hauptprojektziel.
|
Short description
(English)
|
In the last decade major improvements in crystalline solar cells have been achieved by successively increasing emitter sheet resistance and reducing finger width and finger distance on the cell. However, this approach is now limited by classical screen-printing and soldering technologies. Recently Utilight has demonstrated an ability of printing high aspect ratio ultra-fine finger lines using Pattern Transfer Printing and Meyer Burger has developed the Smart Wire Connection Technology, which interconnects cells with a 18 of wires. Within this project, merging both approaches will allow for a notably increased module efficiency (>15Wp) and drastically reduced silver consumption (<30mg) for crystalline solar cells. ISC Konstanz will optimize the solar cell and printing pattern in order to take maximum advantage of both technologies.
|
Short description
(French)
|
Au cours de la dernière décennie, le coût par watt des panneaux photovoltaïques a été principalement réduit en améliorant l’efficacité des cellules en optimisant la résistance de l'émetteur et en réduisant la largeur et la distance entre les doigts de la métallisation. Cependant, cette approche est maintenant limitée par les technologies classiques d'impression sérigraphique et d’interconnection par bus bars. Ce projet propose de combiner deux technologies novatrices et récentes, impression d’une métallisation ultrafine (15-20um) par transfert de motifs (Pattern Transfer Printing - Utilight) et l’interconnection de cellules avec 18 fils (Smart Wire Connection Technology - Meyer Burger), permettant ainsi de surpasser cette limitation en augmentant la puissance en module (>15Wp) et en réduisant la consommation d'argent réduite (<30mg), aboutissant à une réduction de coût 0.1 USD/Wp.
|
Final report
(English)
|
Photovoltaics has seen a continuous increase in module efficiency and a decrease in production costs in the last decades. The initial goals of the Refined PV project were to increase module power (>15 Wp) and drastically reduce silver consumption (to ≤30 mg; ca. 6 mg/Wp) for crystalline PERC silicon solar cells thanks to fine-line printing. The Pattern Transfer Printing (PTP) cell metallization technique of the Israeli company Utilight enabled fine-line metallization on cells, which could then be ideally interconnected with the Smart Wire Connection Technology (SWCTTM) of Meyer Burger. The PTP is a high aspect ratio ultra-fine finger lines printing technique, and SWCTTM uses thin wires, with an electrode foil as support, to interconnect cells. This enables better optimization of the printing pattern than standard ribbon technique. First achievements in the Refined PV project were the installation, process optimization, and hardware improvement of the PTP platform from Utilight at ISC Konstanz. On cell side, silver paste consumption for metallization could be lowered to 28 mg (ca. 5 mg/Wp) for the M2 cell format (156.75x156.75 cm2). This was achieved with metallization fingers of width 22 µm, and an aspect ratio of 0.6. Compared to conventional screen printing techniques, this is far ahead in the photovoltaic technology roadmap. Progress was also made in metallization paste formulations that improved contact quality on PTP metallized solar cells. On Meyer Burger’s module side, advancements in SWCTTM with In-free wires were made, which enabled the feasibility and cost reduction of this technology with PTP metallized cells. Wires became 50 % cheaper with this new alloy. Various module designs was tested and advanced (e.g., 72-cell and halfcell modules). On Meyer Burger’s machine side, a new stringer development for cell interconnection was the main focus in 2018. The product was commercialized under the name IBEX-CCS550. Focus on this machine was higher throughput and lower footprint, as well as half-cell capability. In 2019, a new roll-to-roll unit (RRU) was developed. The RRU produces foil-wire assembly (FWA) from polymer films and wires. The FWA is then used for cell interconnection in the stringer. At Meyer Burger, 16-cell and 60-cell modules were fabricated from the fine-line printed cells, with SWCTTM interconnection using In-free wires. Thanks to the advances on cell level, the silver print laydown of PTP was decreased to ca. 28 mg for optimum cells, and even down to 17 mg for 18 µm finger width, but with cell power losses. The first main objective of the project was reached with these results. The maximum reached module power with these cells was 310 Wp (Watt peak) for a 60-cell module. The reliability of the modules was tested in climatic chambers (PTC: power thermo cycling, DH: damp heat, HF: humidity freeze). Results: Most modules passed 200 PTC cycles (1 x IEC, <5 % degradation), and 1000 h in DH (1 x IEC, <5 % degradation). The results show that SWCTTM is able to connect effectively down to ≤20 mg of silver on the cell front side. This would not be possible with a busbar soldering approach. With the modules built in 2019, we were able to exceed the project’s benchmark of commercial 3 busbar (3BB) modules by more than 15 Wp, thus reaching the second main project objective. At the end of the project, Meyer Burger was able to show fine climatic chamber reliability of SWCTTM modules made from fine-line metallized cells. This was the third main project objective.
Related documents
|
