Un team di ricerca dell'Università di Scienza e Tecnologia di Hebei in Cina e del RIKEN Advanced Photonics Center in Giappone ha sviluppato una nuova tecnologia di microsaldatura laser per materiali trasparenti e rigidi, mirata ad applicazioni nell'incapsulamento delle celle solari. Questo processo, basato su una soluzione di ioni d'argento, afferma di ottenere connessioni di alta qualità.

I ricercatori hanno dimostrato la forza del processo nell'incapsulamento del vetro, utilizzando un campione contenente un chip di cella solare. L'incapsulamento in vetro saldato è rimasto funzionale sott'acqua.

La saldatura vetro-vetro è uno dei diversi metodi di sigillatura dei bordi utilizzati nell'incapsulamento dei dispositivi fotovoltaici solari. Insieme a nuovi adesivi, si ritiene che contribuisca a migliorare la durata e la riduzione dei costi dei moduli fotovoltaici. È anche una direzione tecnologica chiave per aumentare l'efficienza di riciclaggio dei pannelli solari.

I laser a femtosecondi, un laser a infrarossi che emette impulsi laser singoli estremamente brevi, sono attualmente ampiamente utilizzati in procedure oftalmiche come la chirurgia della cataratta.

In un articolo intitolato "Microsaldatura dell'incapsulamento di celle solari rigide trasparenti utilizzando la riduzione fotochimica laser a femtosecondi della soluzione di ioni d'argento", i ricercatori notano che uno schema di connessione di alta qualità per i materiali di incapsulamento fotovoltaico è cruciale. La loro soluzione di ioni d'argento proposta fornisce uno strato intermedio per la saldatura, consentendo la microsaldatura laser a femtosecondi di vetro e materiali dissimili.

I risultati sperimentali hanno dimostrato che i nanocluster d'argento ridotti fotochimicamente in soluzione hanno aumentato la resistenza al taglio del vetro a 27,36 MPa a bassa densità di energia in ingresso (2,4 J/cm²). Il team di ricerca ha affermato che la soluzione di ioni d'argento non solo ha migliorato l'efficienza di utilizzo dell'energia, ma ha anche soppresso la formazione di crepe nella saldatura, migliorando l'applicabilità della saldatura laser a femtosecondi assistita da strato liquido.

I ricercatori hanno anche condotto esperimenti di saldatura su silicio monocristallino e zaffiro, materiali che rappresentano materiali semiconduttori e ottici con proprietà termofisiche significativamente diverse. "Nonostante queste differenze nelle proprietà dei materiali, la saldatura laser a femtosecondi ha ottenuto con successo connessioni eterogiunzione", ha affermato il team.

I campioni sperimentali includevano vetro di silice commerciale (20 × 20 × 1 mm), vetro zaffiro (20 × 20 × 1 mm) e silicio monocristallino (10 × 10 × 0,33 mm). Il sistema laser utilizzato negli esperimenti era un sistema Pharos PH2-20W.

Il team ha quindi testato le proprietà di tenuta del chip di cella solare in silicio incapsulato. Il dispositivo fotovoltaico utilizzava un substrato di vetro al quarzo ed elettrodi a nastro conduttivo, posti in acqua. Per facilitare il monitoraggio del segnale elettrico, l'interfaccia superiore della struttura del pacchetto è stata intenzionalmente lasciata non saldata.

I ricercatori hanno osservato: "Il chip di cella solare incapsulato ha mantenuto la conduttività elettrica mentre era immerso in acqua. Ciò dimostra che il processo di saldatura laser a femtosecondi assistito da soluzione di ioni d'argento può ottenere connessioni ad alta resistenza e mitigare efficacemente gli effetti dell'umidità e di altri fattori ambientali estremi sulle prestazioni del dispositivo solare."

L'affidabilità di questo metodo è stata ulteriormente verificata attraverso test di shock termico e tenuta all'acqua, che hanno dimostrato che soddisfa la classificazione di impermeabilità IPX7 e gli standard IEC 60529:2013.