마이크로 동안 필라멘트 스트레칭

Scientific Reports 12권, 기사 번호: 12318(2022) 이 기사 인용

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이종접합 태양전지의 금속화는 생산 비용을 낮추고 자원을 절약하기 위해 은 소비를 더욱 줄여야 합니다. 이 기사에서는 미세 압출 중 폴리머 기반 저온 경화 Ag 페이스트의 필라멘트 연신이 이러한 감소를 가능하게 하는 동시에 높은 생산 처리량 잠재력을 제공하는 방법을 보여줍니다. 일련의 실험에서 인쇄 속도와 필라멘트 신장 사이의 관계, 즉 Ag 전극 폭의 감소와 Ag 레이다운이 평가되었습니다. 또한, 병렬 분배 공정을 위한 기존 필라멘트 연신 모델을 더욱 발전시켜 신장 점도를 계산하는 데 활용합니다. 스트레칭 효과를 통해 Ag 전극 폭을 Δwf = - 40%rel까지 줄일 수 있습니다. 노즐 직경과 페이스트 유형에 따라 다릅니다. Ag 레이다운이 mAg,cal에서 감소되었습니다. = mAg,cal에 대해서만 인쇄된 라인당 0.84mg. = 30μm 노즐 개구부를 사용할 때 인쇄된 Ag 전극당 0.54mg으로, 실리콘 이종 접합 태양 전지의 금속화를 위한 병렬 분배 기술의 유망한 잠재력을 보여줍니다.

The International Technology Roadmap for Photovoltaic (ITRPV) predicts a world market share of silicon heterojunction (SHJ) solar cells of 10% in 2024 and 17% in 2030 which corresponds to a substantial rise compared to 3% in 20191. In the last 15 years, several research groups worked towards a further reduction of the Ag-electrode width wf and Ag laydown per cell mAg to save silver, thus further minimizing cell production costs. Lorenz et al. illustrated this trend for flatbed screen-printed Ag-electrodes (in photovoltaic industry referred to as ‘fingers’) and indicated that intense industrial optimization of pastes, screens and machine technology were the main reasons for decreasing the Ag-electrode width over the years2. In 2020, Tepner et al. presented a flatbed screen-printed line electrode with a width of wf = 19 µm and an electrode height of hf = 18 µm on a passivated emitter and rear cell (PERC)3. Besides the decrease in Ag-electrode widths, the ITRPV predicts a total silver consumption of only 50 mg silver per cell in 20301,4. In order to achieve that, the parallel dispensing technology as an alternative printing process has emerged in recent years. Pospischil et al. demonstrated a dispensed line electrode with a width of wf = 17 µm on a PERC solar cell. In that study, they showed that the Ag laydown as well as the electrical cell performance were improved compared to the reference5,6,21% PERC type solar cells. In Proc. 32nd European Photovoltaic Solar Energy Conference and Exhibition, Munich, Germany https://doi.org/10.4229/EUPVSEC20162016-2CO.2.2 (2016)." href="#ref-CR7" id="ref-link-section-d264538276e401_2"> 7,8,9. 이 간행물은 지난 몇 년 동안 PERC 금속화에 대한 인상적인 성공적인 개발을 보여줍니다.

그러나 SHJ 태양전지 금속화를 위한 저온 경화 Ag 페이스트의 연구 개발 상태는 특히 얻을 수 있는 공정 속도와 달성할 수 있는 Ag 전극 폭과 관련하여 이러한 결과와는 거리가 멀습니다. 이 고효율 태양전지 개념의 시장 점유율을 높이려면 SHJ 셀당 높은 처리량과 낮은 은 소비가 필요합니다. Erathet al. 평판 스크린 인쇄에 대해 최대 v = 400 mm s−1의 적용 가능한 범람 및 인쇄 속도가 최근 발표되었습니다10. Descoudreset al. wn = 12 μm의 스크린 개구부가 있는 특수한 매듭 없는 스크린을 사용하여 wf = 16 μm 너비의 스크린 인쇄 Ag 전극을 제시했습니다. 병렬 분배에 의한 SHJ 금속화에 대한 최신 결과는 25μm 노즐 개구부를 사용할 때 wf = 34μm의 최적화된 라인 전극 폭과 ARo = 0.55의 증가된 광학 종횡비를 보여주었습니다. 해당 연구에서 156mm 단일 라인의 Ag 배치는 mAg = 0.30mg 전극-112였습니다. 저온 경화 Ag 페이스트의 발전을 이루기 위해서는 미세 압출 중 페이스트의 내부 상태에 대한 이해를 통해 적용 가능한 공정 속도 및 라인 전극 폭의 한계를 해결해야 합니다. 지금까지 Ag 전극 폭의 감소는 페이스트가 상당한 퍼짐 경향을 나타내기 때문에 제한적이었습니다. 따라서 공식의 추가 적응이 잠재적으로 필요합니다.

100 s−1, the data suggests that both paste formulations show significant differences in shear viscosity from each other, indicating different behavior during printing because relevant process shear rates are between \(\dot{\gamma }\) = 103 s−1 and \(\dot{\gamma }\) = 105 s−16. In literature, the phenomenon of edge fracture is well known for rotational rheometer measurements of highly filled suspensions42,43. This effect also occurred during our rotational measurements, hence the determined viscosity values for shear rates above \(\dot{\gamma }\) > 100 s−1 might only give relative indications rather than absolute descriptions of the viscosity. Furthermore, wall slip, shear banding and sample spillage might affect the true shear viscosity values as described in ref.32./p> 410 mm s−1 result in interrupted line shapes. When paste A is extruded through nozzle openings of D = 30 µm, the process velocity range of category II decreases down to vprocess,min = 70 mm s−1 and vprocess,max = 140 mm s−1. Furthermore, paste A cannot be extruded through nozzle openings of D = 25 µm because of its particle size distribution and agglomerate sizes. On the other hand, paste B could be extruded up to process velocity values of vprocess,max = 500 mm s−1 by using nozzle openings of D = 45 µm and D = 40 µm. Dispensing paste B through nozzle openings of D = 25 µm results in homogeneous, straight Ag-electrodes for process velocity values of vprocess,min = 170 mm s−1 and vprocess,max = 250 mm s−1. Therefore, paste B can be dispensed with faster process velocities compared to paste A, even when small nozzle diameters below D < 30 µm are used. This result is explainable by the different extrusion velocities vextrusion of both highly filled suspensions (see "Impact of filament stretching on solar cell metallization" section, Fig. 9). One possible explanation of the different paste behaviors regarding the category II process velocity range might be the difference in polymer content and the different combinations of the two polymers in the paste's formulations./p>

21% PERC type solar cells. In Proc. 32nd European Photovoltaic Solar Energy Conference and Exhibition, Munich, Germany https://doi.org/10.4229/EUPVSEC20162016-2CO.2.2 (2016)./p>