X射线显示太阳能电池是如何获得银色条纹的

2019-02-12 08:50:59
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市场上大约90%的太阳能组件带电的银电触点也是它们最昂贵的部件之一。现在,来自两个能源部国家实验室的科学家们已经使用X射线来准确观察这些接触在制造过程中是如何形成的。

Nature Communications报告的结果是寻找更便宜的银替代品的重要一步,不需要有毒铅加工。

“行业希望在这个过程中摆脱银和铅,”SLAC国家加速器实验室的杰出人员科学家,该论文的主要作者之一Mike Toney说。“这项研究的目标之一是弄清楚接触是如何制造出来的,并利用这些知识想出消除银和铅的方法。”

在旧流程上打开一个小窗口

通过将由银颗粒,玻璃和氧化铅制成的浆料印刷到太阳能电池的表面上来制造触点。电池在带上通过炉子,在不到一分钟的时间内将其加热到大约800摄氏度 - 1500华氏度。当电池从另一端出来并冷却时,浆料线与电池形成电接触。

“虽然这个过程已经存在了很长时间,但直到现在才能看到这些联系人是如何形成的,因为它发生得非常快,”托尼说。“科学家们多年来一直在争论这种反应是如何进行的。”

为了解决争论,来自SLAC和科罗拉多州国家可再生能源实验室(NREL)的研究人员在SLAC的斯坦福同步辐射光源(DOE科学用户设施办公室)建立了工业炉的简化版本。他们将样品太阳能电池放入炉中,将样品快速加热到制造过程中使用的高温,并监测接触化学变化,X射线束通过一个小窗口照射到腔室中。

基础研究和工业的工具

结果表明,氧化铅在形成接触中起着关键作用,蚀刻掉太阳能电池的抗反射涂层,使银能够在硅表面上的小凹坑中移动,汇集并最终硬化。一旦冷却,完成的接触包含通过加热挤压在一起的固体银团块; 一层实心玻璃中的微小银粒子; 硅表面上的固体银。需要所有三种类型的银才能使接触有效。

“我不会说我们还有完整的故事,但这是我们第一次真正了解正在发生的事情,”领导这项研究的NREL材料科学家Maikel van Hest说。“在这项研究之前,我们只能看到热处理前后的接触;两者之间发生的事情就像一个黑盒子。但是现在我们可以在接触形成时进行测量。这个工具将对光伏产业以及基础研究。“

NREL的Jeremy Fields和SLAC的Mohammed Imteyaz Ahmad是该论文的第一作者,并在进行实验中发挥了主导作用。参与这项研究的其他科学家包括NREL的Philip Parilla和SLAC的Vanessa Pool,Jiafan Yu和Douglas Van Campen。该研究由美国能源部的SunShot计划资助,该计划旨在使太阳能在本十年末与其他形式的电力成本竞争。

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