Resumen:
Conventional manufacturing methods for solar panels have limitations that affect the size of the fingers and busbars, that is, the cell’s conductive lines, which capture electrons and conduct current. Consequently, additive manufacturing is considered an innovative method that allows thinner conductive fingers and stable flow in the manufacturing process. Therefore, it is necessary to design a copper nanopaste dispensing nozzle for the additive manufacturing of solar cell fingers. Three design alternatives were studied, a conical nozzle, a needle nozzle, and a conical nozzle with progressive reduction. Computational Fluid Dynamics simulations were performed using the software ANSYS Fluent. All proposed designs were evaluated under varying operating conditions, including nozzle diameter, flow rate, and table movement speed. The results were compared considering criteria of hydrodynamic efficiency, deposition quality and finger thickness. For the conical nozzle, the pressure drop was determined as 68,940.61 Pa at a flow rate of 1.35x10-9 m3/s, a finger width of 0.564 mm and a finger height of 0.299 mm; while for the needle nozzle, a pressure drop of 986,214 Pa, and finger width and height of 0.551 mm and 0.299 mm, respectively; for the conical nozzle with progressive reduction, a pressure drop of 77,483.1 Pa, and a finger width and height of 0.568 mm and 0.297 mm, respectively. The conical nozzle shows the best results considering its hydrodynamic efficiency, deposition quality and finger size, therefore, this design is a viable alternative for the manufacture of solar cell fingers.
Keywords: Solar panels, conductive fingers, copper nanopaste, Computational Fluid Dynamics, hydrodynamic efficiency.
Descripción:
Los métodos de fabricación convencionales de paneles solares presentan limitaciones que repercuten en las dimensiones de sus dedos y barras colectoras, es decir, las líneas conductoras de las celdas, que capturan electrones y conducen la corriente. Debido a esto, se plantea a la manufactura aditiva como un método innovador que permite obtener un menor espesor en los dedos conductores y un flujo más estable en el proceso de fabricación. A partir de esto se requiere diseñar una tobera de dispensación de nanopasta de cobre para manufactura aditiva de dedos de celdas solares. Se establecieron tres alternativas de diseño, una tobera de sección cónica, una tobera de jeringa y una tobera de sección cónica con reducción progresiva. Simulaciones de Dinámica de Fluidos Computacional fueron desarrolladas en ANSYS Fluent. Cada uno de los diseños propuestos fueron analizados a las mismas condiciones de operación, i.e., flujo, diámetros de las toberas, y velocidad de movimiento de la mesa. Los resultados obtenidos fueron comparados tomando en consideración criterios de eficiencia hidrodinámica, calidad de deposición y espesor de los dedos. La tobera de sección cónica presentó una caída de presión de 68,940.61 Pa para un flujo de 1.35x10-9 m3/s, un ancho de los dedos de 0.564 mm y una altura de los dedos de 0.299 mm; mientras que la tobera de jeringa una caída de presión de 986,214 Pa, y un ancho y altura de 0.551 mm y 0.299 mm, respectivamente; la tobera de sección cónica con reducción progresiva una caída de presión de 77,483.1 Pa, y un ancho y altura de 0.568 mm y 0.297 mm, respectivamente. La tobera de sección cónica presenta mejores resultados teniendo en cuenta la eficiencia hidrodinámica, calidad de deposición y espesor de los dedos, esto convierte este diseño como una alternativa viable para la fabricación de dedos de celdas solares.