Один солнечный элемент производит относительно низкую мощность - это показатель силы. Крошечные полоски металла используются для соединения ячеек. Если температура лазерной пайки слишком высока, паяное соединение может сломаться. Новая система обеспечивает автоматическое регулирование температуры.
Командная работа имеет значение - даже в случае солнечных элементов: чтобы получить достаточную мощность для работы карманного калькулятора, устройства выдачи парковочных талонов или фотоэлектрического модуля, солнечный свет должен одновременно улавливаться массивом элементов. Они соединены последовательно с помощью крошечных металлических полосок, известных как стрингеры.
Каждый стрингер должен быть размещен точно в нужном месте, после чего его припой расплавляется с помощью горячего электрода. Когда припой затвердевает, он образует прочную связь с металлическим покрытием кремния. Количество тепла, индуцируемого стрингером и кремнием, зависит от контакта между паяльным электродом и стрингером. Приложение слишком большого количества энергии вызывает тепловое напряжение, которое в худшем случае может разрушить паяное соединение, оставляя разрыв в электрической цепи, что делает солнечный модуль непригодным для использования.
Исследователи из Института лазерных технологий им. Фраунгофера в Аахене разработали систему бесконтактной пайки, в которой постоянно контролируется температура. Если температура выходит за установленные пределы, система автоматически регулирует ее до приемлемого значения.
«Вместо электрода мы используем лазерный луч для пайки», - говорит глава отдела ILT доктор Арнольд Гилнер. «Чтобы расплавить припой, мы пропускаем лазерный луч по покрытому припоем стрингеру. Инфракрасная тепловая камера определяет температуру кремния и металлической полосы на основе измерений в реальном времени излучаемого ими теплового излучения. Если температура слишком высокая или слишком низкая, схема управления с обратной связью автоматически адаптирует мощность лазера в течение миллисекунд ». Система уже используется для промышленных поверхностей. Солнечные батареи могут появиться на рынке через год или около того.
Следующий проект исследователей - разработать более быстрый и надежный метод соединения солнечных элементов с помощью лазерной сварки. «В то время как пайка включает только расплавление припоя, при лазерной сварке расплавляется сам стрингер», - объясняет Гиллнер. Это означает применение большего количества тепла, чем при пайке, но только на очень короткое время. «Поскольку лазер находится в контакте с материалами только в течение короткого промежутка времени, только небольшое количество энергии передается материалам, несмотря на более высокую температуру, что приводит к еще меньшему количеству дефектов, вызванных нагревом», - добавляет он. Дело усложняется тем, что стрингер имеет диаметр около 200 микрометров, в то время как металлическое покрытие на кремнии, необходимое для проведения электричества, имеет толщину всего 10 микрометров.
