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Solarzellen mit unsichtbaren Kontakten

Unter dem Rasterelektronenmikroskop zeigen sich feinen Strukturen des Siebkanals. Foto: Fraunhofer ISE, Koenen GmbH

Eine neuartige Feinlinien-Siebdruckmetallisierung reduziert den Silberverbrauch bei Solarzellenkontakten. Forschern des Fraunhofer ISE ist es gelungen, die Breite der Kontaktfinger auf nahezu unsichtbare 20 Mikrometer zu verringern.

Siliziumsolarzellen führen über metallische Elektroden auf der Vorder- und Rückseite den durch Lichteinstrahlung im Halbleitermaterial erzeugten Strom ab. Auf der Vorderseite der Zelle wird dafür üblicherweise im Flachbett-Siebdruckverfahren ein feines Kontaktgitter aufgedruckt, das zum einen möglichst wenig der aktiven Zellfläche abschatten soll und zum anderen über eine ausreichende Leitfähigkeit für einen geringen Serienwiderstand der Solarzelle verfügen muss. Der hohe technologische Anspruch an den Siebdruckprozess besteht darin, möglichst schmale unterbrechungsfreie Kontaktfinger mit einer ausreichenden Höhe für eine gute laterale Leitfähigkeit zu realisieren. Der Druck feinster Kontaktfinger erfordert den Einsatz hochentwickelter Spezialsiebe und Metallisierungspasten und zugleich eine perfekte Beherrschung des Siebdruckmetallisierungsprozesses.

»In enger Zusammenarbeit mit Industriepartnern im Bereich der Feinliniensiebdruckmetallisierung, insbesondere mit den Siebherstellern Koenen GmbH und Murakami Co. Ltd. sowie dem Siebchemiehersteller Kissel + Wolf GmbH ist es uns nun gelungen, die Breite der Kontaktfinger auf unter 20 Mikrometer zu reduzieren – das ist eine Reduktion um 30 bis 40 Prozent gegenüber dem heutigen Industriestandard«, erklärt Andreas Lorenz, Projektleiter in der Gruppe Drucktechnologie am Fraunhofer ISE. In zwei unabhängigen Versuchsreihen wurden feinmaschige Siebe zur Metallisierung von PERC-Solarzellen eingesetzt.

Unter Verwendung eines neuartigen feinmaschigen Siebs konnten in einem Druckschritt Kontaktfinger mit einer Breite von nur 19 Mikrometer und einer Höhe von 18 Mikrometer erreicht werden. Dabei sind neben der minimalen Breite der Kontaktfinger die ausgezeichneten elektrischen Eigenschaften ein Merkmal des Prozesses. Sie ermöglichen bei der Modulintegration – insbesondere bei neueren Technologien wie der Drahtverschaltung mit 8 bis 15 Busbars – eine deutliche Reduzierung der durch die Kontaktfinger bedingten Leistungsverluste. Die neu entwickelten Siebdruckprozesse ermöglichen eine Silbereinsparung um bis zu 30 Prozent gegenüber dem aktuellen Industriestandard mit einer Kontaktfingerbreite von etwa 30 Mikrometer.

Im Rahmen der Versuche haben die Forscher PERC-Solarzellen unter Verwendung der optimalen Siebparameter des ersten Versuchsteils metallisiert. Weil sich nur fünf Busbars auf der Solarzelle befinden, haben sie mit 24 Mikrometern eine etwas größere nominale Fingerbreite gewählt. Die beste PERC-Solarzelle dieser Versuchsreihe erzielte einen Wirkungsgrad von 22,1 Prozent. »Mithilfe hochentwickelter Sieb- und Pastensysteme für die Feinlinienmetallisierung könnten so in naher Zukunft Solarzellen industriell hergestellt werden, deren Kontaktfinger nahezu unsichtbar sind. Eine großer Vorteil für Anwendungen im Bereich integrierter Photovoltaik, wo ästhetische, homogene Modulflächen gefragt sind«, sagt Florian Clement, Abteilungsleiter »Produktionstechnologie - Strukturierung und Metallisierung« am Fraunhofer ISE. 
 

6.9.2019 | Quelle: Fraunhofer ISE | solarserver.de © EEM Energy & Environment Media GmbH

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