Las líneas de producción roll-to-roll permiten producir módulos fotovoltaicos impresos de forma especialmente rentable. Sin embargo, para evitar cortocircuitos, las rebabas conductoras que se generan al estructurar con láser el electrodo frontal se tenían que eliminar manualmente de una forma que no era compatible con el proceso industrial. En un proyecto conjunto se desarrolló una solución de limpieza con chorro de nieve de CO2 totalmente automatizada que se puede integrar en la línea de producción para eliminar este problema.
El módulo de limpieza compacto se puede adaptar al ancho de banda correspondiente y se puede integrar fácilmente en líneas de producción roll-to-roll.
Crédito de la foto: Equipo del proyecto de investigación PV-CO2
Con un espesor de capa de entre 0,5 y un micrómetro y una alta eficiencia incluso con niveles bajos de radiación solar, las células fotovoltaicas impresas flexibles abren un amplio espectro de aplicaciones en lo que respecta al suministro de energía solar. En el campo de la impresión fotovoltaica, el proceso de rollo a rollo ofrece grandes ventajas en cuanto a velocidad de producción, volumen y costes. Las cinco capas de los módulos, que se basan en semiconductores orgánicos y perovskitas, se pueden procesar individualmente. La capa inferior, un electrodo IMI transparente (estructura: óxido de indio y estaño, plata, óxido de indio y estaño), se estructura mediante láser. A lo largo de los bordes estructurados se forman rebabas que son conductoras y sobresalen unos pocos micrómetros de la superficie. Si no se eliminan, provocarán daños y cortocircuitos debido a la delgadez de los módulos. La práctica actual es eliminar las rebabas mecánicamente a velocidades de banda muy bajas. Sin embargo, existe el riesgo de que las capas estructuradas se dañen debido al impacto mecánico.
Desarrollo de una solución de limpieza automática en línea
Para solucionar este problema en la fabricación de módulos fotovoltaicos impresos en líneas de producción de rollo a rollo, el Instituto de Materiales para la Electrónica y la Tecnología Energética (I-MEET), junto con la Fábrica Solar del Futuro de la Universidad Friedrich-Alexander de Erlangen-Nürnberg, Sciprios GmbH y acp systems AG, han puesto en marcha el proyecto de investigación “PV-CO2”, financiado por el Ministerio Federal de Economía y Acción por el Clima (BMWK). El objetivo era desarrollar un sistema de limpieza por chorro de nieve de CO2 totalmente automatizado para uso industrial basado en la tecnología de chorro de nieve quattroClean de acp. Se trata de un proceso en seco que se utiliza para aplicaciones de limpieza de superficies completas y selectivas. El medio de limpieza es dióxido de carbono líquido reciclado de procesos de producción química y generación de energía a partir de biomasa. El dióxido de carbono se conduce a través de una boquilla anular de dos sustancias sin desgaste y se expande al salir para formar finos cristales de nieve. Estos se agrupan mediante un chorro de aire comprimido separado y se aceleran a velocidad supersónica. Cuando el chorro de nieve y aire comprimido, fácilmente focalizable, incide sobre la superficie que se desea limpiar, se produce una combinación de efectos térmicos, mecánicos, de disolventes y de sublimación, que constituyen la base de la acción limpiadora. El dióxido de carbono cristalino se sublima completamente durante el proceso, dejando las superficies tratadas completamente secas.
Los efectos del desbarbado se demostraron midiendo la curva IV de módulos producidos sobre sustratos no tratados (d), limpiados manualmente (e) y limpiados con la tecnología de chorro de nieve de CO2 (f). b y c muestran las curvas claras y oscuras de los tres módulos tratados de forma diferente. En las imágenes DLIT de los módulos (d, e, f), las áreas claras indican puntos calientes localizados, que son especialmente visibles en las zonas de interconexión de los módulos no limpiados.
Crédito de la foto: Equipo del proyecto de investigación PV-CO2
Eliminación de rebabas eficaz demostrada y mayor eficiencia
Se instaló una línea piloto rollo a rollo para limpiar los sustratos de electrodos estructurados por láser y se equiparon varias boquillas de chorro de nieve quattroClean dispuestas sobre la red de electrodos. El primer paso fue optimizar los parámetros del chorro para reducir significativamente la altura de la rebaba sin dañar el electrodo. Además del diámetro del capilar, que determina el caudal del dióxido de carbono líquido, y la presión de la camisa de aire comprimido, era necesario ajustar la distancia entre la boquilla y el sustrato, así como la velocidad de la banda y la inclinación de las boquillas en relación con el sustrato. Después de cada proceso de limpieza, se midió la altura máxima de la rebaba mediante microscopía confocal. Este procedimiento se repitió para un gran número de combinaciones.
