Forscher des Fraunhofer ISE haben das sogenannte Dispensverfahren zur Metallisierung von Solarzellen vorgestellt. Es verspricht höhere Wirkungsgrade und die Beschleunigung der Produktion.
Forscher des Fraunhofer-Instituts für Solare Energiesysteme (ISE) haben ein neues Verfahren für das kontaklose Aufbringen von Kontaktfingern und Busbars auf Solarzellen entwickelt. Zusammen mit den Industriepartnern Merck, Heraeus und Asys haben sie an der sogenannte Dispenstechnologie gearbeitet. Dabei werden die Materialien für die Kontakte durch sehr feine Öffnungen eines hochparallelen Druckkopfes auf der Oberfläche der Solarzelle platziert. Das ist vergleichbar mit eine Zahnpasta, die durch die Tubenöffnung gedrückt wird, nur dass die Forscher hier einen Düsendurchmesser von der Dicke eines menschlichen Haars verwenden. Dabei verwenden sie viele dieser 50 Mikrometer breiten Düsen parallel, um die gewünschten Strukturen schnell zu fertigen.
Präzise metallisiert
Der Dispensautomat kommt vom Hersteller für Automatisierungssysteme Asys in Dornstadt. Er wurde am Fraunhofer ISE im Frühjahr dieses Jahres in Betrieb genommen. Die Anlage ist so flexibel, dass einzelne Dispensköpfe separat angesteuert und weitere integriert werden können. Der Automat kann einfach in den herkömmlichen Fertigungsprozess einer Standardsolarzelle integriert werden, um die gewünschte Metallisierungsstruktur mit höchster Präzision auf die Solarzelle aufzubringen. Er ersetzt dann den üblichen Prozess der Metallisierung im Siebdruckverfahren. Der Vorteil ist, dass zum einen die Kontaktfinger dünner werden. Dadurch reduzieren sich die Abschattungen auf der Vorderseite der Solarzelle durch die Kontaktfinger. Das sorgt für eine höhere Stromausbeute. Die Freiburger Forscher am Fraunhofer ISE gehen von einer Wirkungsgradsteigerung von etwa zwei Prozent aus.
Zum anderen wird durch dieses Verfahren der Materialverbrauch drastisch reduziert, so dass die Herstellungskosten der Solarzellen weiter sinken könnten. Zudem verwenden die Freiburger nur leicht veränderte Pasten zur Metallisierung und können die Druckgeschwindigkeit erheblich steigern. Das erlaubt einen höheren Durchsatz auf der Produktionslinie. „Darüber hinaus bietet sie Einsparungspotenzial im sogenannten Dualdruckverfahren, bei denen Busbar und Kontaktfinger der Solarzelle in zwei separaten Druckschritten gefertigt werden, um noch höhere Wirkungsgrade bei gleichzeitig reduzierten Silberverbrauch zu erzielen“, erklärend die Freiburger Forscher. Außerdem müssen sie bei der Metallisierung im Dispensverfahren die aufgebrachten Busbars nicht trocknen, bevor sie die Kontaktfinger aufbringen. Dies spart nicht nur Zeit, sondern auch den Trockner im Produktionsprozess. „Das berührungslose Verfahren verspricht zudem bei der Verwendung dünnerer Siliziumwafer eine geringere Ausschussrate“, versprechen die Wissenschaftler.
Interesse ist groß
Die Freiburger haben schon mehrere hundert Solarzellen mit der Anlage und einem für die Vorderseitenmetallisierung optimierten Druckkopf metallisiert. Dabei haben sie Feinlinienkontakte mit Kontaktbreiten von weniger als 35 Mikrometern auf industriell vorprozessierten Solarzellen erreicht. „Dies entspricht einer Verringerung der Kontaktbreite um etwa ein Drittel bei gleichbleibender Kontaktquerschnittsfläche im Vergleich zum industriell weit verbreiteten Siebdruckverfahren“, betonen die Wissenschaftler. „Zudem erlaubt das neue Verfahren eine äußerst homogene Extrusion der Kontakte, so dass keine sogenannten 'mesh-marks', wie sie bei Siebdruckverfahren auftreten können, beobachtet werden.“
Das Interesse aus der Industrie sei groß. Denn eine Reihe von Zellherstellern habe Testwafer zur Verfügung gestellt, die in Freiburg mit dem neuen System metallisiert wurden. Im nächsten Schritt ist geplant, einen noch leistungsfähigeren Druckkopf zu entwickeln und in das System zu integrieren. (su)
