W poprzednich wpisach omówiłem wszystkie rodzaje krzemu występujące w świecie fotowoltaiki. Również opisałem metody ich wytwarzania. Krzem jest najważniejszym elementem w ogniwie fotowoltaicznym, bo w nim zachodzi efekt fotowoltaiczny, który opisałem w osobnym wpisie „Efekt fotowoltaiczny początek ery fotowoltaiki”. Jednak sam krzem nie wystarczy i potrzebne są kontakty umieszczone na powierzchni ogniwa do tzw. zebrania elektronów a w konsekwencji uzyskanie prądu i napięcia elektrycznego. W tym artykule przedstawię jak wykonane są kontakty oraz z jakich materiałów się je wykonuje.

Kontakty

Kontakty w ogniwie fotowoltaicznym pełnią bardzo ważną funkcje. Jak wspomniałem wcześniej zbierają elektrony, które na skutek efektu fotowoltaicznego są wyrzucane z pasma walencyjnego do pasma przewodnictwa. Naładowane elektrony przechodzą do kontaktów
a z kontaktów do przewodu elektrycznego z którego uzyskujemy prąd. Tak w dużym skrócie wygląda zadanie kontaktów w ogniwie fotowoltaicznym.

Znając już jakie jest główne zadanie kontaktów w ogniwie możemy przejść do materiału z jakiego wykonane są kontakty. W ogniwie występują dwa rodzaje kontaktów: kontakt górny i kontakt dolny. W zrozumieniu tego aspektu pomoże nam schemat budowy ogniwa słonecznego.

Schemat ogniwa fotowoltaicznego
Rys. 1 Uproszczony schemat ogniwa fotowoltaicznego z uwzględnionymi kontaktami górnym i dolnym.

Na rysunku 1 przedstawiłem schemat idealnie obrazuje jak umieszczone są kontakty i z jakich materiałów się składają. Zaczynając od kontaktu dolnego widzimy użyte dwa metale: aluminium (Al) i srebro (Ag). Srebro jest dużo lepszym przewodnikiem od aluminium, dlatego ono odpowiada za przepływ prądu elektrycznego a aluminium zabezpiecza krzem od spodu przed utlenianiem oraz działa jak lusterko dla promieni słonecznych, które przeszły przez cały krzem. Dzięki temu, więcej promieniowania słonecznego jest wykorzystywane w ogniwie fotowoltaicznym. Jednak ciekawszy jest kontakt górny (przedni) ogniwa. Jest on również wykonany ze srebra (Ag), jednak ten kontakt jest specyficzny i uwarunkowany pracą ogniwa. Wygląd kontaktu przedniego przypomina kartkę papieru w kratkę, grubsze linie pionowe są elektrodami głównymi a cieńsze linie poziome są to elektrody pomocnicze zbierające elektrony. Rozmieszczenie elektrody górnej uwarunkowane jest tym, aby kontakt w jak najmniejszym stopniu przysłaniał część czynną krzemu (miejsce, na które padają promienie słoneczne).

Schemat kontaktu górnego
Rys. 2 Schemat kontaktu górnego ogniwa fotowoltaicznego.

Przedstawiony na rysunku 2 schemat kontaktu górnego obrazuje przykładowe rozmieszczenie elektrod. Występują w nim różne warianty
z jedną główną elektrodą na środku lub z trzema. Ogólny charakter kontaktu wygląda tak, jak przedstawilem to przedstawione na rysunku 2.

Tworzenie kontaktów

Wiemy już jak wyglądają kontakty oraz z jakich materiałów są wykonywane, więc teraz możemy przejść do metod ich wytwarzania. Najpowszechniejszą metodą wykorzystywaną w przemyśle jest sitodruk. Proces sitodruku jest prosty, szybki i tani. Polega na tym, że na ogniwie nakłada się odpowiednie sito, które przepuszcza pastę srebra w odpowiednich miejscach. Następnie nakłada się odpowiednią ilość pasty srebra a rakla przesuwa się po sicie przeciskając pastę. Po nałożeniu srebrnej pasty ogniwo umieszcza się
w piecu w celu ostatecznego utwardzenia i uformowania srebrnych ścieżek. Identyczną procedure wykonuje się dla kontaktu tylnego tylko z tą różnicą, że dodatkowo nakłada się pastę aluminium.

Podsumowując, omówiliśmy już krzem jako podstawę do wytworzenie ogniwa fotowoltaicznego oraz srebro i aluminium, które tworzą kontakty górne i dolne. Znając te materiały jesteśmy w stanie przedstawić budowę całego ogniwa fotowoltaicznego. W następnym artykule przedstawię budowę ogniwa fotowoltaicznego.