Abstract:
CONDITION FOR PUBLICATION OF PROJECT. The manufacturing of high-efficiency solar cells presents a challenge regarding the use of new materials and advanced manufacturing processes that allow the formation of conductive tracks (fingers and busbars) on silicon-based solar cells. Selective laser sintering (SLS) presents itself as an alternative due to its high precision and localized heating. This process allows for proper metallization of solar cells avoiding thermal damage. The control of sintering parameters such as laser power, speed and laser beam diameter are critical, and any variation in these can affect material integrity of the solar cell. The optimization of these variables in the metallization of silicon heterojunction solar cells (SHJ) is proposed through Computational Fluid Dynamics. Laser irradiation was modeled as a heat flux with Gaussian distribution and the thermal physical properties of the materials as temperature dependent. Optimal cases were found for sintering temperatures of 280 °C for the copper tracks, while 250 °C as the maximum allowable temperature for the copper-silicon interface. The relevance of this study is based on the need to migrate from empirical approaches based on trial and error to a predictive engineering technique.
Keywords: laser sintering, copper nanoparticles, energy density, scanning speed, thermal tolerance, laser beam
Description:
CONDICIONAMIENTO DE PUBLICACION DE PROYECTO. La manufactura de celdas solares de gran eficiencia presenta un desafío en cuanto al uso de nuevos materiales y procesos de fabricación más avanzados que permitan la formación de las pistas conductoras sobre celdas solares a base de silicio. El sinterizado selectivo láser (SLS) se presenta como una alternativa por su alta precisión calentando únicamente la pista mediante una fuente de haz láser durante tiempos muy cortos, lo que permite una integración adecuada al sustrato y evitar dañarlo térmicamente. El control de parámetros de sinterizado como potencia, velocidad y diámetro del haz láser son críticos y la variación de cualquiera de ellos puede afectar la integridad de la celda. Se propone la optimización de dichas variables en la formación de las pistas conductoras en celdas solares de hetero-unión de silicio (SHJ) mediante modelado computacional, para lo cual se implementó el flujo de calor por área de irradiación láser con distribución gaussiana aplicada sobre la superficie de la pista. Se determinó casos óptimos para temperaturas de sinterizado de 280 °C y en la interfase cobre-silicio de 250 °C. La relevancia del presente estudio se sustenta en la necesidad de migrar de esquemas empíricos basados en ensayo y error hacia un modelo de ingeniería predictiva.