Laser sollen Photovoltaik wettbewerbsfähig machen

Noch sind die Herstellungskosten von Solarzellen relativ hoch und auch der Wirkungsgrad industrieller Solarzellen hat noch deutliches Verbesserungspotential, so das Kompetenznetz Optische Technologien Niedersachsen in einer Pressemitteilung. Kostensenkung und Effizienzsteigerung seien Gründe, weshalb seit einigen Jahren Laser zur Bearbeitung der Solarzellen eingesetzt werden, mit Erfolg versprechenden Ergebnissen. Während der internationalen Konferenz „Laser Technology in Photovoltaics“ (20./21.09.) am Rande der Messe SOLTEC in Hameln, diskutierten rund 130 Teilnehmer aus den USA, den Niederlanden, Großbritannien, Norwegen, Litauen, Korea und Deutschland über aktuelle Fortschritte der Forschung und neue Konzepte der Laserhersteller.
Eingeladen hatte das PhotonicNet (Kompetenznetz Optische Technologien Niedersachsen) mit seinen Partnern Institut für Solarenergieforschung Hameln (ISFH) und Laser Zentrum Hannover (LZH).

Multitalent Laser in der Solarzellen-Produktion
Laser können im Herstellungsprozess der Solarmodule vielfältig eingesetzt werden. Man strukturiert und texturiert, durchbohrt oder markiert damit die kristallinen Siliziumstrukturen beziehungsweise kostengünstigeres Trägermaterial wie etwa Glas oder Metallfolie.
Im Mittelpunkt der zweitägigen Veranstaltung standen Laseranwendungen für verschiedene Zelltechnologien wie etwa der Dünnschichttechnik und der siliziumbasierten Wafertechnologie. Die Vorträge befassten sich mit der Wechselwirkungsanalyse von Laserstrahlung mit diversen in der Photovoltaik üblichen Materialien bis hin zu etablierten und neuartigen Prozesstechnologien für hocheffiziente Solarzellkonzepte, die eine wirtschaftliche Massenfertigung ermöglichen sollen.

Ziel: Eine Solarzelle pro Sekunde
Zentrales Problem bei der Herstellung der Solarmodule ist laut PhotonicNet der Trend zu immer dünneren Wafern bei einer gleichzeitig angestrebten Produktionsrate von einer Solarzelle pro Sekunde. Hier böten die berührungslos arbeitenden Laser unangefochten Vorteile. Diskutiert wurde vor allem, welche Lasertypen für die Prozesse des Schneidens, Bohrens und Strukturierens der Zellen am besten seien. Pulsdauer, Intensität und Wellenlänge des Lasers entscheiden über seine Eignung für den jeweiligen Prozessschritt. „Für den oberflächennahen Abtrag zur Öffnung der Solarzellenkontakte ist unserer Erfahrung nach ein Pikosekundenlaser am besten geeignet, da er mit einer geringen Pulslänge und hoher Intensität arbeitet“, so Peter Engelhart vom ISFH, „Beim Durchbohren des sehr empfindlichen Halbleitermaterials setzt man am Institut bevorzugt Scheibenlaser im Infrarotbereich ein. Beim Schneiden des monokristallinen Siliziums erzielte man am LZH bisher die besten Ergebnisse mit einem CW-Laser, der beispielsweise ein Nachbearbeiten der Schnittkanten unnötig macht“, so Engelhart weiter.

Trends: Rückseitenkontaktierung und Konzentration zur Effizienzsteigerung
Vorgestellt wurden in Hameln außerdem verschiedene Zellkonzepte, um den Wirkungsgrad durch eine besondere Bauweise der Solarzelle zu verbessern. Ein Trend geht zu rückseitenkontaktierten Zellen, wie den so genannten Emitter-Wrap-Through-Zellen (EWT), die heute bereits in der Massenfertigung hergestellt werden (AdventSolar). Hier werden die Emitterkontakte über Löcher auf die Rückseite verlagert, so dass die Abschattungsverluste der Metallisierung auf der Vorderseite eliminiert werden. Mit solchen Zellkonzepten sind auch hocheffiziente Solarzellen mit Wirkungsgraden über 20% möglich, wie sie vom ISFH mit der RISE-EWT Solarzelle (Rear Interdigited Single Evaporation) erreicht wurden.
Ein weiteres Konzept erläuterte Alex Cole vom NaREC (New and Renewable Energy Centre, Northumberland): Konzentrator-Solarzellen, die über parabolische Spiegel oder Linsen mit einem Vielfachen der Sonnenenergie beleuchtet werden, erfordern ebenfalls verschattungsarme Kontakte, die dennoch die hohen elektrischen Ströme von mehreren Ampere abtransportieren können. Hierzu wird das so genannte Laser Grooved Burried Contact Konzept (LGBC) eingesetzt, bei dem die Vorderseitenkontaktierung in zuvor mit dem Laser hergestellten Gräben „versteckt“ werden, um die Abschattungsverluste zu verringern.

Laser in der Dünnschichttechnologie
Auch die Dünnschichttechnologie setzt seit Jahren auf die Laserbearbeitung. Dünnste Schichten von wenigen 10 Nanometern werden selektiv getrennt und abgetragen, um eine Verschaltung der großflächig auf eine Glasscheibe abgeschiedenen Schichten zu ermöglichen und somit eine flexible Modulverschaltung zu realisieren. Auf diese Weise können die Kenngrößen der Solarmodule, Strom und Spannung, individuell an die Bedürfnisse der Kunden angepasst werden. Kostenintensive Photolithographieprozesse oder Maskenverfahren, die aufwendiges Justieren erfordern, sind bei der Laserbearbeitung nicht erforderlich. Die Skalierung auf die Bearbeitung großer Flächen ist aus der Displaytechnologie bekannt und kommt auch in der Modulverschaltung zum Einsatz.
Der enge Austausch zwischen Photovoltaik- und Laserexperten soll in künftigen Workshops fortgeführt werden. „Der gezielte Informationsfluss in diesem noch jungen Anwendungsfeld der Lasertechnologie soll helfen, die notwendigen Fortschritte für eine effizientere und konkurrenzfähige Nutzung der Sonnenenergie möglichst schnell zu erreichen“, so Dr. Hartmann, Geschäftsführer von PhotonicNet, am Ende der Tagung.

01.10.2007 | Quelle: PhotonicNet | solarserver.de © EEM Energy & Environment Media GmbH