Thin-film solar is the future of solar energy. Our mission is sharing this future with you.

SOLLIANCE STORY

Van cel naar module: back end interconnect

Wat maakt het ontwikkelen van dunne-film zonnecellen zo lastig? In deze serie kijken we naar het werk achter de nieuwe ontwikkelingen. Een kijkje in de keuken van een researchinstituut.

Bij de meeste op silicium gebaseerde zonnepanelen, zie je ze duidelijk zitten: 24 of 36 blauwe vierkante plakken silicium, aparte cellen die samen een module of zonnepaneel vormen. Ze zijn als batterijen geschakeld, zodat er voldoende hoog voltage ontstaat. Bij dunne-film zonnepanelen, CIGS of perovskiet, komt daar een andere technologie bij kijken. Bij Solliance wordt onderzoek gedaan om die technologie te verbeteren.

Krassen

Bij dunne-film zonnepanelen worden de lagen die de zonnecel vormen, één voor één op het oppervlak van de glasplaat of de folie gezet. Zo maak je een gigantische zonnecel met een potentiaalverschil van 0,7 Volt. Maar door de lagen te onderbreken, kun je verschillende cellen creëren. Op een dunne-film zonnepaneel herken je ze aan dunne streepjes.

Met gangbare technologie gebeurd dat nog mechanisch. Na aanbrengen van een laag, wordt die onderbroken door een kras te maken met een naald, waarna de volgende laag wordt aangebracht. Zo verbind je de onderste electrode van de ene cel met de bovenste electrode van de volgende cel, en schakel je ze aan elkaar als batterijen in een zaklamp.

Omdat bij dit krassen stofdeeltjes vrijkomen, wordt de module gereinigd voor het aanbrengen van de volgende laag. Bij de volgende scribe moet de module zeer precies worden uitgelijnd. De krassen moeten zo dicht mogelijk bij elkaar komen omdat het oppervlak er tussen geen stroom kan leveren. Het is dus zaak om deze dode zone die ontstaat zo klein mogelijk te houden. Dit is een nauwkeurig en tijdrovende klus.

Mechanische scribes

Voordelen van één stap

Als het mogelijk zou zijn alle dunne lagen achter elkaar, in één proces aan te brengen, dan verbetert dit de kwaliteit. Mider stof tussen door, zorgt voor een betere kwaliteit van de dunne lagen. Er is ook minder energie nodig omdat alles in één keer in het vacuüm kunt doen. En als laatste: als alle krassen in één keer gemaakt worden hoeft de module maar één keer worden uitgelijnd.

Back End Interconnect

Dus cellen maken na de depositie van alle zonnecellagen, is een goed idee. Met een laser kun je de cellen van elkaar scheiden en met isolerende en geleidende inkt kun je ze weer zo aan elkaar maken dat ze als batterijen achter elkaar liggen. Back end interconnect noemen we dat.
Er zijn verschillende varianten om dit te realiseren. Bij Solliance werken we aan back end interconnect op basis van laser- en inkjettechnologie. Dat is de methode die we hier bespreken. In de eerste stap worden de cellen gescheiden door een laser, in een tweede stap worden de cellen verbonden met geleidende en isolerende materialen.
Door naast P1 een tweede snede te maken die de stack niet helemaal doorsnijdt (P2), kan een verbinding gemaakt worden van de onderste elektrode van cel A, naar de bovenste elektrode ander andere kant van P1. Snede P2 wordt gevuld met een geleidend materiaal.
Dan moet nog worden opgelost dat de cel B kortsluit in P2, door een derde snede te maken (P3) en te vullen met isolerend materiaal.

Lasertechnologie

Met een sterke laser materiaal wegblazen lijkt science fiction en tegelijk betrekkelijk eenvoudig. Wat het moeilijk maakt dat er precies genoeg energie in de stack gestopt moet worden, zodat P1 niet te groot wordt, maar ook zo dat al het materiaal weg is. Bovendien mag dat weggeblazen materiaal niet ergens anders neer komen en daar kortsluiting veroorzaken.

Nog moeilijker is het om alleen de bovenste twee lagen weg te blazen en de onderste te laten liggen (P2 en P3). De samenstelling van de materialen, de dikte van de lagen en hoe de lagen aan elkaar hechten spelen allemaal en rol. En kan  verschillen per proces of materiaal, per producent of type sample.

Solliance’s back end interconnect principle

Inkjetprinten

Iedereen kent een inkjetprinter. Maar in tegenstelling tot die printers, wordt hier speciale geleidende of isolerende inkt gebuikt. En de eigenschappen zijn daardoor nogal wat anders dan de doorsnee kleureninkten.

De geleidende eigenschappen van de inkt zorgen ervoor dat het niet zo vloeibaar is als je graag zou willen. Kleine stukjes metaal vormen snel klontjes in de inkt, waardoor de printkop kan verstoppen. En waarschijnlijk weet je wel hoe vervelend dat is.

Bij de isolerende inkt is het juist anders. Die is zo vloeibaar dat het moeilijk is de inkt op de juiste plek te houden. Door de lage oppervlaktespanning, verspreid de inkt zich makkelijk en snel, voordat de inkt wordt uitgehard.

Waar staan we?

Het is zoeken naar een precair evenwicht tussen verschillende materialen en processen. Daarbij werken de onderzoekers van Solliance samen met materiaal- en machineleveranciers. Met universiteiten wordt fundamenteel onderzoek gedaan naar de onderliggende principes. Dit wordt door Solliance vertaald naar toepasbare technologie.

Afgelopen mei 2019 heeft Dr. Veronique Gevaerts bij de IW-CIGStech 10 in Parijs de resultaten van haar team gepresenteerd. “We hebben laten zien dat back end interconnectie kan zonder extra elektrische verliezen ten opzichte van traditioneel gemaakte modules”, aldus Veronique Gevaerts. Het is nu zaak te laten zien dat Back end interconnect minstens zo robuust is al;s traditionele interconnect. “De eerste resultaten zijn positief, de de verwachting is dat deze technologie tussen 2 en 5 jaar op de markt kan zijn.”

Meer weten over deze technologie of nieuwsgierig naar de mogelijkheden?


How can we help you?