Их статья «Механизм образования печатных серебряных контактов для кремниевых солнечных элементов» опубликована в журнале Nature Communications. Соавторами статьи выступили Джереми Филдс из NREL и Имтеяз Ахмад из SLAC, а главными исследователями проекта были Майкел ван Хест из NREL и Майкл Тони из SLAC. Другими исследователями были Филип Парилла из NREL, Ванесса Пул и Дуглас Ван Кампен из SLAC и Джиафан Ю. из Стэнфордского университета.
Стэнфорд управляет SLAC.Паста, используемая при производстве солнечных элементов, содержит серебряный порошок, стеклянную фритту (смесь оксидов металлов, таких как оксид свинца, оксид бора, оксид цинка и оксид висмута) и органическое связующее. Исследователи ищут альтернативу, потому что серебро стоит дорого, а оксид свинца в стеклянной фритте может нанести вред окружающей среде.
Однако, прежде чем можно будет выбрать альтернативные материалы, необходимо лучше понять, что происходит во время процесса обжига.Исследование было сосредоточено на выявлении механизма реакции контакта серебра, который происходит при производстве кремниевых фотоэлементов. Процесс включает в себя нанесение серебряной пасты трафаретной печатью на кремниевую пластину, а затем быстрое обжигание в ленточной печи при температуре 750-800 градусов по Цельсию. Несмотря на то, что этот процесс использовался в течение десятилетий при производстве кремниевых солнечных элементов, что именно происходит на этапе обжига, остается неизвестным, поскольку процесс обжига происходит всего за несколько секунд.
Сфокусировав рентгеновский луч на серебряной пасте во время формирования контакта, исследователи смогли зафиксировать химические и физические изменения в солнечном элементе и серебряной пасте во время процесса обжига и использовать эти данные для создания лучшей картины того, что бывает. Но сначала им пришлось спроектировать и построить прибор для быстрой термической обработки, чтобы обеспечить сбор рентгеновских данных в режиме реального времени во время стрельбы.
Портативный прибор, разработанный совместно NREL и SLAC, в сочетании с синхротроном в SLAC, позволяет снимать рентгеновские спектры с интервалами в 100 миллисекунд при повышении температуры до 100 градусов Цельсия в секунду. Инструмент работает при температуре до 1200 градусов Цельсия.Использование рентгеновских лучей позволило исследователям узнать, что между 500-650 градусами Цельсия антибликовое покрытие на солнечном элементе травится оксидом свинца во фритте, позволяя фритте контактировать с кремнием. При температуре выше 650 градусов серебро растворяется в расплавленной стеклянной фритте и взаимодействует на поверхности кремния.
При охлаждении серебро осаждается и затвердевает в стеклянной фритте, обеспечивая электрический контакт с кремнием.Исследователи проверили разницу между солнечными элементами, изготовленными в печи, заполненной азотом, и кислородом.
Процесс обжига с использованием азота привел к образованию большего количества металлического свинца, что снизило растворимость серебра в расплавленном стекле. В присутствии кислорода серебро легко растворяется в стекле, когда температура превышает 650 градусов Цельсия, в результате чего больше серебра в конечном итоге оказывается на поверхности кремния и, в свою очередь, образует лучший контакт.
