Die mechanisch flexible Verbindung ermöglicht laut dem Fraunhofer ISE neben einer gekrümmten Auslegung des Strings eine Anordnung als geschindelte Zellen für maximale Moduleffizienz. Zudem werde das in der Massenproduktion übliche Nebeneinanderlegen der Zellen mit geringem Abstand für eine möglichst kosteneffiziente Modulbauweise realisierbar. Auf der Intersolar Europe hat das Institut einen Solarzellenstring aus 30 Zellen präsentiert, der mit dem Laserverfahren verschaltet wurde.
30 Prozent weniger Silber
Bei dem neuen laserbasierten Verschaltungskonzept verbindet ein dünner Streifen Aluminiumfolie die benachbarten Zellen miteinander. Den ISE-Forschern gelang es, die Folie direkt mit den Leiterbahnen durch einen speziellen Laser-Mikroschweißprozess zu verbinden und im Zwischenfingerbereich an die Siliziumnitrid-Oberfläche zu bonden. Das ganze Verfahren dauert weniger als eine zehntel Sekunde pro Wafer.
Es gewährleistet sehr niedrige Kontaktwiderstände zwischen Folie und Elektroden und ermöglicht damit höchste Modulwirkungsgrade. Der Clou: Das Verfahren benötigt die sonst für die Verschaltung notwendigen Silber-Busbars und -Lötpads nicht mehr. Je nach Elektrodenlayout können so bis zu 30 Prozent Silber eingespart werden. Zusätzlich werden die mit Blei-haltigem Lot ummantelten Kupferverbinder oder der silberhaltige Klebstoff durch günstigeres Aluminium ersetzt.
Starke Verbindung, nur geringe Widerstände
Der Trend in der Wafer-Herstellung führt in der Solarindustrie seit Jahren zu immer größeren Formaten. Daher hat es sich mittlerweile zum Industriestandard entwickelt die großen Zellen zu zerteilen. „Verschaltet man viele kleine Zellen anstelle von wenigen Großen, wird der darin generierte Strom und Widerstandsverlust kleiner und die Spannung größer“, erklärt Jan Paschen, Forscher der Gruppe Laserprozesstechnologie am Fraunhofer ISE. Trotz dieser vorteilhaften Eigenschaften sei ein Solarmodul aus vielen kleinen Zellen aufwendiger und teurer in der Verschaltung – genau das adressiert Paschen mit der Foilmet-Technologie.
Die Befestigung der Folie im Zwischenfingerbereich führt zu einer starken mechanischen Haftung, die über die Festigkeit der Metallfolie hinausgeht. Die hohe mechanische Flexibilität der Folie erlaubt sowohl das Verschalten in Schindelbauweise, bei dem die Solarzellen einen leichten Überlappt bilden, als auch die Anordnung der Zellen direkt nebeneinander. Das Verschaltungsverfahren kann gleichermaßen für Perc- und Topcon-Solarzellen eingesetzt werden. Als nächstes plant das Forschungsteam den Aufbau einer Pilotanlage, um größere Stückzahlen reproduzierbar herstellen zu können. (nhp)
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