Forum für Wissenschaft, Industrie und Wirtschaft

Hauptsponsoren:     3M 
Datenbankrecherche:

 

Kostensenkende Konzepte für Solarzellen-Metallisierung - Langzeitstabile Kupfermetallisierung

05.09.2011
Langzeitstabile Kupfermetallisierung und industrietaugliche Prozesse ermöglichen 21,4 % Wirkungsgrad.

Die Senkung der Stromgestehungskosten für Photovoltaik kann über zwei Mechanismen erfolgen: effizientere Solarzellen und geringere Produktionskosten. Mit fortschrittlichen Verfahren zur Metallisierung von Solarzellen können beide Effekte gleichzeitig erreicht werden.


Hocheffiziente Solarzellen (21,4 % Wirkungsgrad auf 2x2 cm²) mit langzeitstabiler Kupfer-Metallisierung aus dem ETAlab® des Fraunhofer ISE. ©Fraunhofer ISE

Im ETAlab® des Fraunhofer ISE – dem Labor für neue Solarzellenstrukturen und -prozessschritte – ist es jetzt gelungen, Solarzellenkontakte zu 100 % aus kostengünstigen Materialien herzustellen. Dabei wurden industrietaugliche Galvanik-Prozesse genutzt und teures Silber wurde vorwiegend durch Kupfer ersetzt. Die Forscher erreichten eine Solarzellen-Effizienz von 21,4 %.

Besonders bemerkenswert: Dieses Ergebnis liegt auf Augenhöhe mit Vergleichswerten von Solarzellen mit einem hocheffizienten Titan/Palladium/Silber-Kontaktsystem, das in vergleichsweise teuren Vakuum-Laborprozessen erzeugt wird.

Um hohe Solarzellenwirkungsgrade zu erreichen, müssen die Vorderseitenkontakte den bei Beleuchtung erzeugten Strom möglichst verlustarm ableiten und gleichzeitig möglichst wenig Zellfläche verdecken. Aus technologischer Sicht kommen für diese Aufgabe nur Materialien mit höchster Leitfähigkeit infrage, insbesondere Silber und Kupfer. Im aktuellen Standardprozess werden mit silberhaltigen Pasten per Siebdruck relativ breite und poröse Kontakte erzeugt. Durch den enormen Kostenunterschied zwischen Silber und Kupfer ist es allein durch einen Wechsel des Materials bei gleichbleibender Leitfähigkeit möglich, die Herstellungskosten von Solarzellen um ca. 8 ct/WP bzw. bis zu 10 Prozent zu senken. Kupfer lässt sich aus chemischen Lösungen in galvanischen Prozessen abscheiden, die kostengünstig sind und hohe Abscheideraten bieten. Wird mit solchen industrietauglichen Prozessen die Solarzelleneffizienz weiter gesteigert, ist der Vorteil der spezifischen Kosten noch größer.

Die Herausforderung bei der Solarzellen-Metallisierung mit Kupfer liegt in der Erzeugung einer homogenen und qualitativ hochwertigen Schicht zwischen Silicium und Kupfer. Diese dient als Barriere gegen Diffusion von Kupfer in den Halbleiter. Ein effektives Unterbinden der Kupferdiffusion ist entscheidend, um einen verlustfreien Betrieb der Solarzelle zu gewährleisten. Dafür setzen die Forscher Nickel ein. Nickel kann neben der benötigten Barrierefunktion zusätzlich einen elektrischen Kontakt zum Silicium herstellen. Darüber hinaus bietet es den Vorteil, dass es, wie Kupfer, mit kostengünstigen galvanischen Prozessen auf der Solarzelle abgeschieden werden kann. Ein galvanisches Nickel-Kupfer-System auf gedruckten Silber-Kontaktschichten, dem aktuellen Standardprozess der Industrie, ist daher eine erste mögliche Anwendung. Bei nur geringen Anpassungen industrieller Fertigungslinien können die Kosten hier stark gesenkt werden.

Ein noch größeres Wirkungsgradpotenzial für Solarzellen bietet das galvanische Nickel-Kupfer-System bei direkter Abscheidung auf Silicium, ohne gedruckte Silber-Kontaktschicht. Über ein industrietaugliches Verfahren, z.B. Laserablation, wird die Antireflexionsschicht (ARC) lokal entfernt. Es werden Strukturbreiten im Bereich von 20 µm erreicht, was die Abschattung gegenüber dem Siebdruck deutlich reduziert. In die geöffneten Bereiche der ARC wird selektiv Nickel abgeschieden, das durch Kupfer und Zinn oder Silber verstärkt und lötbar gemacht wird. Auf Solarzellen mit vorder- und rückseitiger Passivierung im Format 2x2 cm² wurde mit dieser Technologie ein Wirkungsgrad von 21,4 % im ETAlab® erreicht und vom CalLab PV Cells des Fraunhofer ISE bestätigt. »Unsere kupfermetallisierten Solarzellen aus dem ETAlab® sind nicht nur beim Wirkungsgrad mit der Titan/Palladium/Silber-Referenztechnologie vergleichbar, sondern weisen in Langzeittests auch eine hervorragende Stabilität auf. Eine thermische Belastung von 1600 Stunden bei 200 °C blieb ohne Folgen für den Wirkungsgrad«, so Jonas Bartsch, Teamleiter »Plating Process Technology«.

Mit dem am Fraunhofer ISE aufgebauten Prozessverständnis arbeiten die Forscher im ETAlab® daran, diese Technologie auf große Solarzellenformate zu übertragen. »Die Metallisierung auf Basis von Kupfer und Nickel bietet ein erhebliches Kostensenkungspotenzial für die nächste Generation von Silicium-Solarzellen und damit für Strom aus Sonnenlicht«, so Dr. Markus Glatthaar, Gruppenleiter »Advanced Processes«.

Das Fraunhofer ISE stellt das Thema langzeitstabile Kupfermetallisierung auch auf der 26th European Photovoltaic Solar Energy Conference and Exhibition vom 5.-9. September in Hamburg vor (Messestand A4/C11).

Informationsmaterial:
Fraunhofer ISE, Presse und Public Relations
Telefon +49 761 4588-5150
info@ise.fraunhofer.de
Text der PI und Fotomaterial zum Download finden Sie auf unserer Internetseite: www.ise.fraunhofer.de
Ansprechpartner für weitere Informationen:
Dipl.-Ing. Jonas Bartsch
Telefon +49 761 4588-5561
jonas.bartsch@ise.fraunhofer.de
Dr. Markus Glatthaar
Telefon +49 761 4588-5918
markus.glatthaar@ise.fraunhofer.de

Karin Schneider | Fraunhofer-Institut
Weitere Informationen:
http://www.ise.fraunhofer.de/
http://www.photovoltaic-conference.com/

Weitere Nachrichten aus der Kategorie Energie und Elektrotechnik:

nachricht »FLUX-LMDR« will Energieeffizienz von Transformatoren erhöhen
18.12.2017 | Fraunhofer-Institut für Werkstoff- und Strahltechnik IWS

nachricht Forscher vereinfachen Installation und Programmierung von Robotersystemen
15.12.2017 | Fraunhofer-Institut für Produktionstechnik und Automatisierung IPA

Alle Nachrichten aus der Kategorie: Energie und Elektrotechnik >>>

Die aktuellsten Pressemeldungen zum Suchbegriff Innovation >>>

Die letzten 5 Focus-News des innovations-reports im Überblick:

Im Focus: „Carmenes“ findet ersten Planeten

Deutsch-spanisches Forscherteam entwirft, baut und nutzt modernen Spektrografen

Seit Januar 2016 nutzt ein deutsch-spanisches Forscherteam mit Beteiligung der Universität Göttingen den modernen Spektrografen „Carmenes“ für die Suche nach...

Im Focus: Fehlerfrei ins Quantencomputer-Zeitalter

Heute verfügbare Ionenfallen-Technologien eignen sich als Basis für den Bau von großen Quantencomputern. Das zeigen Untersuchungen eines internationalen Forscherteams, deren Ergebnisse nun in der Fachzeitschrift Physical Review X veröffentlicht wurden. Die Wissenschaftler haben für Ionenfallen maßgeschneiderte Protokolle entwickelt, mit denen auftretende Fehler jederzeit entdeckt und korrigiert werden können.

Damit die heute existierenden Prototypen von Quantencomputern ihr volles Potenzial entfalten, müssen sie erstens viel größer werden, d.h. über deutlich mehr...

Im Focus: Error-free into the Quantum Computer Age

A study carried out by an international team of researchers and published in the journal Physical Review X shows that ion-trap technologies available today are suitable for building large-scale quantum computers. The scientists introduce trapped-ion quantum error correction protocols that detect and correct processing errors.

In order to reach their full potential, today’s quantum computer prototypes have to meet specific criteria: First, they have to be made bigger, which means...

Im Focus: Search for planets with Carmenes successful

German and Spanish researchers plan, build and use modern spectrograph

Since 2016, German and Spanish researchers, among them scientists from the University of Göttingen, have been hunting for exoplanets with the “Carmenes”...

Im Focus: Immunsystem - Blutplättchen können mehr als bislang bekannt

LMU-Mediziner zeigen eine wichtige Funktion von Blutplättchen auf: Sie bewegen sich aktiv und interagieren mit Erregern.

Die aktive Rolle von Blutplättchen bei der Immunabwehr wurde bislang unterschätzt: Sie übernehmen mehr Funktionen als bekannt war. Das zeigt eine Studie von...

Alle Focus-News des Innovations-reports >>>

Anzeige

Anzeige

IHR
JOB & KARRIERE
SERVICE
im innovations-report
in Kooperation mit academics
Veranstaltungen

Neue Konfenzreihe in Berlin: Landscape 2018 - Ernährungssicherheit, Klimawandel, Nachhaltigkeit

18.12.2017 | Veranstaltungen

Call for Contributions: Tagung „Lehren und Lernen mit digitalen Medien“

15.12.2017 | Veranstaltungen

Die Stadt der Zukunft nachhaltig(er) gestalten: inter 3 stellt Projekte auf Konferenz vor

15.12.2017 | Veranstaltungen

 
VideoLinks
B2B-VideoLinks
Weitere VideoLinks >>>
Aktuelle Beiträge

Lipid-Nanodisks stabilisieren fehlgefaltete Proteine für Untersuchungen

18.12.2017 | Biowissenschaften Chemie

Von Alaska bis zum Amazonas: Pflanzenmerkmale erstmals kartiert

18.12.2017 | Biowissenschaften Chemie

Krebsforschung in der Schwerelosigkeit

18.12.2017 | Biowissenschaften Chemie