Quelle: fraunhofer
Gemeinsam mit ihren Projektpartnern ist es Wissenschaftlern des PV-TEC am Fraunhofer-Institut für Solare Energiesysteme ISE in Freiburg gelungen, das traditionelle Siebdruckverfahren für die Feinlinienmetallisierung von Siliziumsolarzellen zu verbessern. Mit speziell entwickelten Feinliniensieben konnte das Projektteam in einem einzigen Druckschritt Kontaktfinger mit einer Breite von lediglich 19 µm und einer Höhe von 18 µm erzeugen. Dies bedeutet, dass bis zu 30 Prozent weniger Silber benötigt wird, was wiederum zu einer signifikanten Reduzierung der Herstellungskosten führt.
Siliziumsolarzellen sind auf ihrer Vorder- und Rückseite auf Metallelektroden angewiesen, um die durch Lichteinstrahlung im Halbleitermaterial erzeugte elektrische Energie zu transportieren. Zu diesem Zweck wird typischerweise ein Flachbett-Siebdruckverfahren verwendet, um ein feines Kontaktgitter auf die Vorderseite der Zelle zu drucken. Dieses Gitter sollte die aktive Zelloberfläche so wenig wie möglich vor Lichteinwirkung schützen und muss ausreichend leitfähig sein, um den Serienwiderstand der Solarzellen niedrig zu halten. Die technologische Herausforderung im Siebdruckverfahren besteht darin, möglichst schmale durchgehende Kontaktfinger mit einer ausreichenden Höhe für eine gute laterale Leitfähigkeit zu schaffen. Das Bedrucken von extrem feinen Kontaktfingern erfordert die Verwendung von hochentwickelten Spezialsieben und Metallisierungspasten sowie die vollständige Beherrschung des Siebdruck-Metallisierungsprozesses.
„ In Zusammenarbeit mit Industriepartnern in der Feinstsiebdruckmetallisierung, insbesondere mit den Siebherstellern Koenen GmbH und Murakami Co. Ltd. sowie dem Siebchemie-Zulieferer Kissel + Wolf GmbH, ist es uns gelungen, die Breite der Kontaktfinger auf ein Minimum zu reduzieren über 20 Mikrometer - eine Reduzierung von 30 bis 40 Prozent gegenüber dem aktuellen Industriestandard “, erklärt Dr.-Ing. Andreas Lorenz, Projektleiter in der Gruppe Drucktechnik am Fraunhofer ISE. Innovative feinmaschige Siebe wurden bei der Metallisierung von passivierten Emitter- und Rückkontaktsolarzellen (PERC) in zwei unabhängigen Testreihen eingesetzt. Mit einem solchen Sieb konnten in einem Druckschritt Kontaktfinger mit einer Breite von nur 19 µm und einer Höhe von 18 µm erzeugt werden. Die Kontaktfinger sind nicht nur extrem schmal, sondern auch in ihren elektrischen Eigenschaften hervorragend. Durch die Integration in Module - insbesondere bei neueren Technologien wie der Sammelschienenverschaltung mit 8 bis 15 Sammelschienen - wird die Verlustleistung in den Kontaktfingern spürbar reduziert. Diese neu entwickelten Siebdruckverfahren benötigen bis zu 30 Prozent weniger Silber als der derzeitige Industriestandard bei einer Kontaktfingerbreite von ca. 30 µm.
Im Rahmen des Experiments wurden PERC-Solarzellen unter Verwendung der optimalen Bildschirmparameter metallisiert. Aufgrund der Begrenzung der verfügbaren Anzahl von Stromschienen auf der Solarzelle (in diesem Fall 5) wurde eine nominelle Fingerbreite von 24 um gewählt. Die beste PERC-Solarzelle dieser Versuchsreihe erreichte einen Wirkungsgrad von h = 22,1%.
„ Mit hochentwickelten Sieb- und Pastensystemen für die Feinleitungsmetallisierung könnte es in naher Zukunft möglich sein, Solarzellen mit nahezu unsichtbaren Kontaktfingern im industriellen Maßstab herzustellen. Dies wäre ein großer Vorteil für Anwendungen in der integrierten Photovoltaik, bei denen ästhetische, homogene Moduloberflächen gefragt sind “, sagt Dr. Florian Clement, Leiter der Abteilung Produktionstechnik - Strukturierung und Metallisierung am Fraunhofer ISE.
Die Ergebnisse dieser Testreihen werden auf zwei bevorstehenden PV-Konferenzen vorgestellt - der 36. EU-PVSEC in Marseille, Frankreich, und der 29. PVSEC in Xi'an, China.
Das Verbundprojekt „FINALE“, das sich mit der Entwicklung von Feinsiebdruckverfahren befasst und in dem die Forscher diese Ergebnisse teilweise erzielten, wurde vom Bundesministerium für Wirtschaft und Energie (BMWi) gefördert und in Zusammenarbeit mit dem Industriepartner Koenen GmbH durchgeführt , Kissel + Wolf GmbH und Wickon Hightech GmbH.
Weitere hier vorgestellte Feinstsiebdruckergebnisse wurden in Kooperation zwischen Murakami Co. Ltd. und dem Fraunhofer ISE realisiert.
