Тильна металізація

На відміну від лицьової металізації, що виконує тільки функцію контакту, тильна металізація вирішує ще одне завдання. Зазвичай на тильній поверхні сонячного елемента наноситься не один, а цілих два типи металу. Один з них являє собою суцільний шар алюмінію, що покриває практично всю площу за винятком декількох отворів. А вже в цих отворах сформована знайома нам срібна металізація, що виконує функцію контакту.

Навіщо потрібен алюмінієвий шар? Справа в тому, що він служить своєрідним дзеркалом для носіїв заряду. Але дзеркалом не оптичним, а енергетичним. Як відомо, електрони і дірки в напівпровідниках мають властивість рекомбінувати, тобто переходити з вільного стану в зв’язаний. Рекомбінація має місце, наприклад, якщо в одній точці зустрічаються два заряди з різними знаками. Одним з крайніх випадків є так звана поверхнева рекомбінація, тому будь-яка поверхня являє собою безліч обірваних зв'язків кристалічної решітки - «пасток» для вільних носіїв заряду. Саме для того, щоб знизити вплив цього типу рекомбінації, в сонячних елементах за допомогою алюмінієвої металізації формується так зване BSF (back side field) - тильне поле, "віддзеркалював" носії заряду, які ще не встигли дати внесок у генерацію струму.

Шар алюмінію на тильній стороні дозволяє отримати від сонячного елементу на кілька десятків мВ більшу напругу, ніж це було б без нього. Тобто у разі 24 В сонячної батареї ця добавка складає як мінімум 0,5 В, що відповідає десь 2% збільшення потужності.

Як серебросодержащий контакт, так і суцільний алюмінієвий шар на тильній стороні сонячного елемента формуються все тим же способом трафаретного друку. Змінюється тільки малюнок трафарету і деякі параметри використовуваної в ньому сітки. Після нанесення кожного шару пасти його сушать у спеціальних печах, і тільки після нанесення всіх трьох шарів (1 на лицьовій і 2 на тильній стороні) пластина передається на впалювання.

У цілому процес трафаретного друку є дуже примхливим і вимагає досвіду від усіх учасників - інженерів, наладчиків та операторів. Так, наприклад, в'язкість та інші властивості паст дуже сильно залежать від температури і вологості повітря в цеху, наявності протягів і т.п. Зміна температури в приміщенні навіть на 2-4 градуси вимагає трудомісткої перенастроювання всього процесу. Також на результат впливають термін та умови зберігання паст, стан ракеля, налаштування принтера і навіть характеристики повітря, що подається в піч впалювання. Особливо важко поєднати всі ці параметри через те, що формування металізації - це остання операція і пластини вже зібрали всі відхилення від попередніх операцій. Тобто всі розміри та інші параметри пластин відрізняються в партії набагато сильніше, ніж на перших операціях, і налаштуватися на оптимум тому набагато складніше. Але всі зусилля коштують цього, так як на виході ми отримуємо готовий сонячний елемент, який залишається в подальшому тільки виміряти, розсортувати по параметрах і упакувати.

Тестування

Очевидно, що будь-яке промислове виріб перед відправкою споживачеві необхідно ретельно перевірити і виміряти його параметри. Не уникнути цієї процедури і при виробництві сонячних елементів.

Нас як споживачів у першу чергу цікавить питання «А скільки саме електроенергії можна отримати за допомогою одного / десяти / ста сонячних елементів?». Але однозначної відповіді немає. Сонячний елемент просто перетворює сонячне випромінювання в електрику, а освітленість сильно змінюється залежно від місця, часу доби, пори року, наявності хмар і т.п. Тому, щоб можна було коректно порівняти між собою різні вироби необхідно стандартизувати умови вимірювання їх параметрів.

В першу чергу сонячне випромінювання характеризується таким параметром, як інтенсивність, тобто потужність, що падає на поверхню певної площі. Цей параметр відрізняється в різних регіонах Землі, причому максимальна інтенсивність сонячного випромінювання на нашій планеті перевищує 1300 Вт на кв. метр, але для зручності при вимірюваннях беруть стандартне значення на рівні 1 кВт / кв. м.

Іншим важливим параметром є розподіл сонячного випромінювання по довжинах хвиль, тобто спектральний склад світла. Для його характеристики введено поняття «повітряної маси» (AM - Air Mass): так спектральний склад випромінювання з повітряної масою АМ0 відповідає спектру сонячного світла за межами атмосфери Землі; АМ1 відповідає випромінюванню на поверхні Землі за умови, що Сонце знаходиться строго над точкою спостереження, тобто промені світла пройшли крізь 1 атмосферу; при вимірюваннях стандартом є АМ1,5, відповідний сонячному випромінюванню, яке пройшло 1,5 атмосфери.

Останньою умовою проведення стандартних вимірювань параметрів сонячних елементів є температура. Справа в тому, що характеристики цього виробу трохи погіршуються при підвищенні температури, тому дуже важливо, щоб вона не змінювалася при проведенні вимірювань. Стандартно прийнято, що тестування проводиться при 25 градусах за Цельсієм.

Під час тестування сонячного елемента вимірюється багато параметрів, серед яких струм короткого замикання, напруга холостого ходу, максимальна потужність і коефіцієнт корисної дії (ККД).

Для проведення вимірювань параметрів сонячних елементів використовуються тестери або тестери/сортувальники. Вони бувають як імпульсними, так і з опроміненням безперервної дії. Імпульсні тестери цікаві тим, що під час практично миттєвого вимірювання елемент не встигає нагрітися і похибка нижче. Також тестери відрізняються за типом ламп, що впливає на спектральний склад випромінювання.

Зазвичай тестер містить еталонний сонячний елемент і вбудований комп'ютер, який перераховує виміряні параметри і приводить їх до стандартних умов вимірювання. На перший погляд здається, що вимірювання є досить простим завданням - необхідно просто змінювати напругу і вимірювати відповідні струми. Однак в дійсності необхідно враховувати ряд додаткових факторів, серед яких найбільш важливими є наступні:

• Так як генерований елементом струм прямо пропорційний освітленості, то вона повинна бути точно відома і постійна.

• Необхідно домогтися високої однорідності світла на поверхні тестованого елементу.

• Спектральний розподіл освітленості повинно бути якомога ближчим до спектрального розподілу природного світла.

• Необхідно точно знати температуру вимірюваного елемента.

• Необхідно виключити будь-яке падіння напруги на контактах і в ланцюзі, яке вносить додаткові помилки в вимірювання.

Для забезпечення однорідності випромінювання існують два найпоширеніші способи: використовувати спеціальну оптику з відбиваючими і розсіюючими елементами або ж застосовувати точкове джерело випромінювання. У першому варіанті необхідно часто контролювати і настроювати обладнання, а також компенсувати вплив рефлектора та інших оптичних елементів на спектральний розподіл за допомогою додаткової фільтрації, що призводить до великих труднощів у використанні. У другому варіанті необхідна однорідність досягається рознесенням джерела та тестової образу на значну відстань.

Більш складним завданням є отримання необхідного спектрального розподілу освітленості. Можливе застосування 4 типів джерела світла:

1. Лампи розжарювання. При цьому температура джерела світла становить приблизно 3200К, в той час як поверхня сонця має температуру близько 5800К. Недоліком ламп розжарювання є велика яскравість в червоній та інфрачервоній областях спектру і маленька яскравість у синій і ультрафіолетовій областях спектру.

2. Металогалогенних лампи. Ці джерела дозволяють отримати випромінювання у видимому діапазоні дуже близьке до натурального світла. Але спектр таких ламп має ряд ліній, які дуже важко фільтрувати.

3. Безперервні ксенонові дугові лампи. Цей тип джерела дає спектральний розподіл у видимому діапазоні найбільш близький до натурального світла, але також необхідно деякі лінії в ІК-області. При опроміненні великих поверхонь оптична система сильно ускладнюється і доводиться компенсувати нагрівання тестованого зразка.

4. Імпульсні ксенонові лампи. Ці лампи мають спектральний розподіл близьке до АМ0, а використання додаткових фільтрів дозволяє легко отримати спектр АМ1,5. Нагрівання зразка під час спалаху зневажливо малий.

Найбільш поширеними в промисловості є імпульсні тестери з ксеноновим лампою.