Ein Forscherteam hat Rotatiosndruckverfahren zur Metallisierung von Solarzellenerfolgreich getestet. In Zukunft können die Hersteller so die aufwändigen Flachbettsiebdruckverfahren durch schneller Prozesse ersetzen.
Zusammen mit den Entwicklern des Equipmentherstellers Asys haben die Forscher des Fraunhofer-Instituts für Solare Energiesysteme (ISE) nachgewiesen, dass sich das Rotationsdruckverfahren für die Metallisierung von Solarzellen eignet. Damit könnten die Hersteller in Zukunft den aufwändigen Siebdruck umgehen und auf eine preiswertere und schnellere Methode der Metallisierung zurückgreifen. An dem Projekt war außerdem noch die Entwickler des Druckmaschinenherstellers Gallus beteiligt.
Zwei verschiedene Verfahren angewendet
Das Entwicklerteam, das im Projekt Rock-Star zusammenarbeitet, hat sowohl die Vorder- als auch die Rückseite mit jeweils unterschiedliche verfahren metallisiert. Die Vorderseite haben sie mit dem Flexodruckverfahren realisiert. Dabei wird das zu druckende Material über flexible Druckplatten auf die Solarzelle gedruckt. Die Druckplatten sind wiederum auf Walzen gespannt. Die zu metallisierenden Stellen sind erhaben und so kann die Metallpaste direkt auf die entsprechenden Bereiche der Solarzelle aufgebracht werden. Die Rückseite der Zellen haben die Forscher hingegen mit dem Rotationssiebdruckverfahren metallisiert. Der ähnelt dem normalen Flachbettsiebdruck, nur dass die Siebe als flexible Druckplatten auf Walzen gespannt werden.
19,4 Prozent Effizienz erreicht
Die Forscher haben es geschafft, Solarzellen im Standardformat auf beiden Seiten unterbrechungsfrei zu metallisieren. Sie konnten eine komplette Feinlinienstruktur ohne irgendwelche Unterbrechungen der Leiterbahnen aufdrucken. „Die Solarzellen, die wir im Flexodruckverfahren metallisiert haben, erzielen einen Zellwirkungsgrad von bis zu 19,4 Prozent auf monokristallinem Silizium“, erklärt Andreas Lorenz vom Fraunhofer ISE. Das ist besser als eine im Flachbettsiebdruckverfahren metallisierte Referenzzelle.
Sie haben auch gezeigt, dass eine anschließende Drahtverschaltung der Solarzellen möglich ist. „Wir konnten zudem ein funktionierendes Demonstratormodul mit Smart-Wire-Drahtverschaltung herstellen“, sagt Andreas Lorenz. „Wir sehen ein großes Potential dieser Technologie, welches durch eine konsequente Optimierung der Druckfluide und des Druckprozesses realisiert werden kann.“
bis zu 8.000 Wafer pro Stunde bedrucken
Mit einem speziellen Rotationsdruckverfahren konnten die Forscher und Entwickler auch eine auf der Rückseite vollflächig metallisierte Zelle bedrucken. Da kommt es vor allem darauf an, das Metall möglichst gleichmäßig aufzudrucken, so dass eine homogene Schicht entsteht. „In Bezug auf Schichtdicke und Homogenität erzielten diese Al-BSF-Solarzellen eine vergleichbare Qualität zu Zellen, die im heute üblichen Flachbettsiebdruck gefertigt wurden“, fassen die Forscher ihre Ergebnisse zusammen.
Jetzt ist es an den Partnern aus dem Maschinenbau, die am Projekt beteiligt waren, diese Entwicklung auch in die Massenfertigung umzusetzen. Sie betreten damit maschinenbauerisches Neuland. Ziel ist es, dank des Rotationsdruckverfahrens einen Durchsatz von 6.000 bis 8.000 Wafern pro Stunde zu erreichen. Dies wäre eine Verdopplung im Vergleich zu aktuellen Herstellungsverfahren. „Nach den erfolgreichen Vorversuchen wird die Fertigung eines Demonstrators weiter forciert“, sagt Friedhelm Hage, Manager Solar Processes bei Asys. „Anfang nächsten Jahres soll dieser für erste Testreihen zur Verfügung stehen“, stellt er in Aussicht. (su)
