Informacje prasowe

Technologia quattroClean snow jet do czyszczenia elektrod po strukturyzacji laserowej

Zautomatyzowany proces czyszczenia drukowanych modułów fotowoltaicznych wyprodukowanych w technologii roll-to-roll

Linie produkcyjne roll-to-roll umoĹźliwiają produkcję drukowanych modułów fotowoltaicznych w sposób szczególnie ekonomiczny. Aby uniknąć zwarć, przewodzące zadziory powstające podczas strukturyzacji laserowej przedniej elektrody musiały być wcześniej usuwane ręcznie w sposób niezgodny z procesem przemysłowym. W ramach wspólnego projektu opracowano w pełni zautomatyzowane rozwiązanie do czyszczenia strumieniem śniegu CO2, które moĹźna zintegrować z linią produkcyjną w celu wyeliminowania tego problemu.

Kompaktowy moduł czyszczący moĹźna dostosować do szerokości odpowiedniej wstęgi i łatwo zintegrować z liniami produkcyjnymi typu roll-to-roll. Ĺšródło: Zespół badawczy projektu PV-CO2

Dzięki grubości warstwy od 0,5 do jednego mikrometra i wysokiej wydajności nawet przy niskim poziomie promieniowania słonecznego, elastyczne, drukowane ogniwa fotowoltaiczne otwierają szeroki zakres zastosowań, jeśli chodzi o dostarczanie energii słonecznej. W dziedzinie drukowanych ogniw fotowoltaicznych proces roll-to-roll oferuje duĹźe korzyści pod względem szybkości produkcji, objętości i kosztów. Pięć warstw modułów, które są oparte na półprzewodnikach organicznych i perowskitowych, moĹźna przetwarzać indywidualnie. Dolna warstwa - przezroczysta elektroda IMI (struktura: tlenek indu i cyny, srebro, tlenek indu i cyny) - jest strukturowana laserowo. Zadziory powstają wzdłuĹź ustrukturyzowanych krawędzi, które są przewodzące i wystają na kilka mikrometrów z powierzchni. Jeśli nie zostaną usunięte, spowodują uszkodzenia i zwarcia z powodu cienkości modułów. Obecną praktyką jest usuwanie zadziorów mechanicznie przy bardzo niskich prędkościach wstęgi. Istnieje jednak ryzyko, Ĺźe ustrukturyzowane warstwy ulegną uszkodzeniu z powodu uderzenia mechanicznego.

Zautomatyzowany system czyszczenia strumieniem śniegu CO2 zapewnia niezawodne usuwanie zadziorów w procesie odpowiednim do zastosowań przemysłowych. Efekt czyszczenia opiera się na połączeniu efektów termicznych, mechanicznych, rozpuszczalnikowych i sublimacyjnych. Ĺšródło: zespół badawczy projektu PV-CO2

Opracowanie zautomatyzowanego rozwiązania do czyszczenia na linii produkcyjnej

Aby rozwiązać ten problem podczas produkcji drukowanych modułów fotowoltaicznych na liniach produkcyjnych typu roll-to-roll, Instytut Materiałów Elektroniki i Technologii Energetycznych (I-MEET) wspólnie z Solar Factory of the Future na Friedrich-Alexander-Universität Erlangen-Norymberdze, Sciprios GmbH i acp systems AG zainicjował projekt badawczy „PV-CO2” finansowany przez Federalne Ministerstwo Gospodarki i Działań na rzecz Klimatu (BMWK). Celem było opracowanie w pełni zautomatyzowanego systemu czyszczenia strumieniem śniegu CO2 do zastosowań przemysłowych w oparciu o technologię strumienia śniegu quattroClean firmy acp. Jest to proces suchy, który jest stosowany w aplikacjach czyszczenia całej powierzchni i czyszczenia selektywnego. Medium czyszczącym jest ciekły dwutlenek węgla odzyskany z procesów produkcji chemicznej i wytwarzania energii z biomasy. Dwutlenek węgla jest kierowany przez bezzuĹźyciową dyszę pierścieniową z dwoma substancjami i rozszerza się po wyjściu, tworząc drobne kryształki śniegu. Są one łączone przez oddzielny strumień płaszcza sprężonego powietrza i przyspieszane do prędkości naddĹşwiękowej. Kiedy łatwo skupiony strumień śniegu i sprężonego powietrza uderza w czyszczoną powierzchnię, następuje połączenie efektów termicznych, mechanicznych, rozpuszczalnikowych i sublimacyjnych, co stanowi podstawę działania czyszczącego. Krystaliczny dwutlenek węgla sublimuje całkowicie podczas procesu, pozostawiając czyszczone powierzchnie całkowicie suche.

Efekty gratowania zostały zademonstrowane poprzez pomiar krzywej IV modułów wyprodukowanych na podłoĹźach, które nie były poddane obróbce (d), były czyszczone ręcznie (e) i czyszczone przy uĹźyciu technologii strumienia śniegu CO2 (f). b i c pokazują jasne i ciemne krzywe trzech róĹźnie poddanych obróbce modułów. Na obrazach DLIT modułów (d, e, f) jasne obszary wskazują na gorące, zlokalizowane punkty, które są szczególnie widoczne w strefach połączeń nieoczyszczonych modułów. Ĺšródło: Zespół badawczy projektu PV-CO2

Udowodniona skuteczność usuwania zadziorów i zwiększona wydajność

Linia pilotaĹźowa typu roll-to-roll została ustawiona do czyszczenia laserowo ustrukturyzowanych podłoĹźy elektrod i wyposaĹźona w kilka dysz quattroClean snow jet rozmieszczonych nad wstęgą elektrody. Pierwszym krokiem była optymalizacja parametrów strumienia, aby znacznie zmniejszyć wysokość zadziorów bez uszkadzania elektrody. Oprócz średnicy kapilary, która określa natężenie przepływu ciekłego dwutlenku węgla i ciśnienie płaszcza sprężonego powietrza, konieczne było dostosowanie odległości między dyszą a podłoĹźem, a takĹźe prędkości wstęgi i nachylenia dysz względem podłoĹźa. Po kaĹźdym procesie czyszczenia mierzono maksymalną wysokość zadziorów za pomocą mikroskopii konfokalnej. Tę procedurę powtarzano dla duĹźej liczby kombinacji parametrów, aĹź do uzyskania optymalnego wyniku czyszczenia.

Aby ocenić, jak gratowanie wpływa na wydajność fotowoltaiczną, wyprodukowano organiczne moduły fotowoltaiczne o szerokości ośmiu centymetrów na podłoĹźach oczyszczonych metodą strumienia śniegu z CO2. Porównano je z modułami wyprodukowanymi na nieobrobionych podłoĹźach i ręcznie czyszczonych podłoĹźach o tej samej wielkości. Zgodnie z oczekiwaniami moduły na nieoczyszczonym podłoĹźu miały wysoki prąd upływu, co zmniejszyło wydajność ogniwa fotowoltaicznego (PCE) do 2,3%. W przypadku ręcznie czyszczonych modułów PCE wynosiło 4,8%, a w przypadku modułów czyszczonych metodą strumienia śniegu z CO2 wynosiło aĹź 5,3%. RóĹźnica w wydajności wynika z faktu, Ĺźe ręczne czyszczenie powoduje powstawanie zarysowań na elektrodzie, co moĹźe znacznie zmniejszyć powierzchnię aktywną. Dzieje się tak, poniewaĹź zarysowany obszar nie generuje Ĺźadnego prądu, a takĹźe dlatego, Ĺźe obszary mogą zostać odcięte od ekstrakcji ładunku przez zarysowanie.

Za pomocą termografii Dark Lock-In (DLIT) potwierdzono, Ĺźe gratowanie jest odpowiedzialne za róĹźnicę w wydajności inaczej obrobionych podłoĹźy.

Grubość stosu warstw (bez warstwy PET, która słuĹźy jako materiał nośny dla stosu warstw) drukowanego ogniwa słonecznego (warstwa transportu elektronów ETL, warstwa aktywna AL, warstwa transportu dziur HTL, elektroda z nanodrutu srebra AgNW, elektroda IMI jest strukturowana laserowo) jest znacznie poniĹźej jednego mikrometra. Ĺšródło: Zespół badawczy projektu PV-CO2

Gotowe do produkcji seryjnej do róĹźnych zastosowań

W pełni zautomatyzowane rozwiązanie czyszczące zostało teraz zintegrowane ze standardowym procesem produkcyjnym drukowanych ogniw fotowoltaicznych w Instytucie Materiałów Elektroniki i Technologii Energetycznych. Tutaj układ z siedmioma dyszami jest uĹźywany do niezawodnego usuwania zadziorów wywołanych laserowo na wstędze o szerokości 25 cm. RównieĹź w Sciprios proces czyszczenia CO2 jest teraz jedną z opcji wyposaĹźenia dla linii produkcyjnych typu roll-to-roll dla drukowanych modułów fotowoltaicznych.

Platforma badawczo-rozwojowa 300R2RCompact, w której moĹźna łatwo zintegrować roztwór czyszczący, umoĹźliwia przeprowadzenie szerokiego zakresu eksperymentów powlekania i drukowania typu roll-to-roll. MoĹźna go równieĹź wykorzystać do rozbudowy testów laboratoryjnych do małych serii produkcyjnych. Ĺšródło: Sciprios GmbH

Rozwiązanie czyszczące, które moĹźna łatwo zintegrować z liniami produkcyjnymi typu roll-to-roll, sprawia, Ĺźe produkcja dowolnego typu drukowanej elektroniki z wykorzystaniem strukturyzacji laserowej jest bardziej ekonomiczna, wydajniejsza i bardziej zrównowaĹźona. Innym zastosowaniem jest produkcja elektrod w produkcji baterii.

Więcej na: www.acp-systems.com, www.sciprios.de