Forum für Wissenschaft, Industrie und Wirtschaft

Hauptsponsoren:     3M 
Datenbankrecherche:

 

Solarzellenkontakte aus der Tube

16.10.2014

Neuartige Feinlinienmetallisierungstechnologie verspricht höhere Wirkungsgrade

Gemeinsam mit den Industriepartnern MERCK, HERAEUS und ASYS haben Forscher des Fraunhofer-Instituts für Solare Energiesysteme ISE neuartige Materialien und Verfahren für das kontaktlose Applizieren feinster, homogener Kontaktfinger entwickelt.


Neu entwickelter Dispensierautomat am Fraunhofer ISE mit 10- Düsendruckkopf. ©Fraunhofer ISE




REM-Aufnahme eines dispensierten Kontaktfingers auf einer kristallinen Siliciumsolarzelle. ©Fraunhofer ISE

Die sogenannte Dispens-Technologie kann problemlos in herkömmliche Produktionslinien für Siliciumsolarzellen integriert werden und dort den für das Aufbringen der Vorderseiten-Metallkontakte üblichen Siebdruck ersetzen:

Der Materialverbrauch wird reduziert, die Kontakte werden dünner und mehr Halbleiterfläche ist dem Sonnenlicht ausgesetzt, was eine Erhöhung der Stromausbeute und somit des Wirkungsgrads um ca. 2 % relativ zur Folge hat. Auch andere Produktionsschritte in der Solarzellenfertigung lassen sich mit dem neuen Verfahren optimieren.

Bei der Dispens-Technologie werden die von den Projektpartnern MERCK und HERAEUS neu entwickelten Materialien in einem kontaktlosen Druckverfahren durch feinste Öffnungen eines hochparallelen Druckkopfes auf der Solarzellenoberfläche platziert.

Bei dieser neuen, auch Extrusionsverfahren genannten Methode werden die Materialien durch sehr feine Öffnungen eines Druckkopfes gedrückt, ähnlich wie Zahnpasta durch die Tubenöffnung, nur dass die Forscher hier Düsendurchmesser von der Dicke eines menschlichen Haars verwenden (ca. 50 µm) und viele Düsen parallel arbeiten, um die gewünschten Strukturen schnell zu fertigen.

»Am Fraunhofer ISE steht uns mit dem Photovoltaik Technologie und Evaluationscenter PV-TEC eine hervorragende Infrastruktur für derartige Neuentwicklungen zur Verfügung«, so Projektleiter Dr. Florian Clement. »Hier können wir alle Schritte von der ausführlichen Charakterisierung des Fließverhaltens der Medien bis hin zur Herstellung hocheffizienter Siliciumsolarzellen durchführen. Zur Entwicklung der Druckkopf-Architektur haben wir die Fluiddynamik des Extrusionsprozesses simuliert.«

Die hergestellten Dispensköpfe konnten so in mehreren Iterationsstufen optimiert und im Anwendungslabor auf Praxistauglichkeit erprobt werden.

Der Partner ASYS entwickelte unter Einbeziehung der gesammelten Erfahrungen einen Dispensautomaten, der im Frühjahr 2014 am Fraunhofer ISE in Betrieb genommen wurde. Dieser hochflexible Automat erlaubt die Integration und Ansteuerung der entwickelten Dispensköpfe und kann einfach in den herkömmlichen Fertigungsprozess einer Standardsolarzelle integriert werden, um die gewünschte Metallisierungsstruktur mit höchster Präzision auf die Solarzelle aufzubringen.

Mehrere hundert Solarzellen wurden bereits mit der Anlage und einem für die Vorderseitenmetallisierung optimierten Druckkopf metallisiert. Feinlinienkontakte mit Kontaktbreiten von weniger als 35 µm auf industriell vorprozessierten Solarzellen wurden dabei erreicht. Dies entspricht einer Verringerung der Kontaktbreite um etwa ein Drittel bei gleichbleibender Kontaktquerschnittsfläche im Vergleich zum industriell weit verbreiteten Siebdruckverfahren.

Ein Ergebnis, das die Leistungsfähigkeit dieser Technologie eindrucksvoll unterstreicht. 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.

Die Dispens-Technologie des Fraunhofer ISE hat das Potenzial, herkömmliche Druckmaschinen in der Solarzellenfertigung zu ersetzen, da nur leicht adaptierte Pasten verwendet werden, die Druckgeschwindigkeiten sogar erhöht werden können und auch der Feuerungsprozess unverändert bleiben kann. 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.

Im Vergleich zum Siebdruck kann hier durch den kontaktlosen Druckprozess auf einen zusätzlichen Trockenprozess nach dem Busbar-Druck verzichtet werden, so dass nass in nass gedruckt und somit ein Trockner eingespart werden kann. Das berührungslose Verfahren verspricht zudem bei der Verwendung dünnerer Siliciumwafer eine geringere Ausschussrate.

Solarzellenhersteller zeigen bereits großes Interesse an der Dispens-Technologie und stellen Testwafer zur Verfügung, die am Fraunhofer ISE mit dem neuen System metallisiert werden. Im nächsten Schritt ist geplant, einen noch leistungsfähigeren Druckkopf zu entwickeln und in das System zu integrieren.

Die Arbeiten wurden unter dem Projektnamen »Gecko« durch das Bundesministerium für Wirtschaft und Energie gefördert und von den genannten Industriepartnern mitfinanziert. Die Ergebnisse werden auf dem Metallisierungs-Workshop »Fifth Workshop on Metallization of Crystalline Silicon Solar Cells« am 20./21. Oktober 2014 in Konstanz vorgestellt.

Weitere Informationen:

http://www.ise.fraunhofer.de

Karin Schneider | Fraunhofer-Institut

Weitere Nachrichten aus der Kategorie Energie und Elektrotechnik:

nachricht Fraunhofer-Forscher entwickeln Hochdrucksensoren für Extremtemperaturen
28.06.2017 | Fraunhofer-Institut für Zuverlässigkeit und Mikrointegration IZM

nachricht Mit unkonfektionierten Kabeln durch die Schaltschrankwand
26.06.2017 | PHOENIX CONTACT GmbH & Co.KG

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: Schnelles und umweltschonendes Laserstrukturieren von Werkzeugen zur Folienherstellung

Kosteneffizienz und hohe Produktivität ohne dabei die Umwelt zu belasten: Im EU-Projekt »PoLaRoll« entwickelt das Fraunhofer-Institut für Produktionstechnologie IPT aus Aachen gemeinsam mit dem Oberhausener Fraunhofer-Institut für Umwelt-, Sicherheit- und Energietechnik UMSICHT und sechs Industriepartnern ein Modul zur direkten Laser-Mikrostrukturierung in einem Rolle-zu-Rolle-Verfahren. Ziel ist es, mit Hilfe dieses Systems eine siebartige Metallfolie als Demonstrator zu fertigen, die zum Sonnenschutz von Glasfassaden verwendet wird: Durch ihre besondere Geometrie wird die Sonneneinstrahlung reduziert, woraus sich ein verminderter Energieaufwand für Kühlung und Belüftung ergibt.

Das Fraunhofer IPT ist im Projekt »PoLaRoll« für die Prozessentwicklung der Laserstrukturierung sowie für die Mess- und Systemtechnik zuständig. Von den...

Im Focus: Das Auto lernt vorauszudenken

Ein neues Christian Doppler Labor an der TU Wien beschäftigt sich mit der Regelung und Überwachung von Antriebssystemen – mit Unterstützung des Wissenschaftsministeriums und von AVL List.

Wer ein Auto fährt, trifft ständig Entscheidungen: Man gibt Gas, bremst und dreht am Lenkrad. Doch zusätzlich muss auch das Fahrzeug selbst ununterbrochen...

Im Focus: Vorbild Delfinhaut: Elastisches Material vermindert Reibungswiderstand bei Schiffen

Für eine elegante und ökonomische Fortbewegung im Wasser geben Delfine den Wissenschaftlern ein exzellentes Vorbild. Die flinken Säuger erzielen erstaunliche Schwimmleistungen, deren Ursachen einerseits in der Körperform und andererseits in den elastischen Eigenschaften ihrer Haut zu finden sind. Letzteres Phänomen ist bereits seit Mitte des vorigen Jahrhunderts bekannt, konnte aber bislang nicht erfolgreich auf technische Anwendungen übertragen werden. Experten des Fraunhofer IFAM und der HSVA GmbH haben nun gemeinsam mit zwei weiteren Forschungspartnern eine Oberflächenbeschichtung entwickelt, die ähnlich wie die Delfinhaut den Strömungswiderstand im Wasser messbar verringert.

Delfine haben eine glatte Haut mit einer darunter liegenden dicken, nachgiebigen Speckschicht. Diese speziellen Hauteigenschaften führen zu einer signifikanten...

Im Focus: Kaltes Wasser: Und es bewegt sich doch!

Bei minus 150 Grad Celsius flüssiges Wasser beobachten, das beherrschen Chemiker der Universität Innsbruck. Nun haben sie gemeinsam mit Forschern in Schweden und Deutschland experimentell nachgewiesen, dass zwei unterschiedliche Formen von Wasser existieren, die sich in Struktur und Dichte stark unterscheiden.

Die Wissenschaft sucht seit langem nach dem Grund, warum ausgerechnet Wasser das Molekül des Lebens ist. Mit ausgefeilten Techniken gelingt es Forschern am...

Im Focus: Hyperspektrale Bildgebung zur 100%-Inspektion von Oberflächen und Schichten

„Mehr sehen, als das Auge erlaubt“, das ist ein Anspruch, dem die Hyperspektrale Bildgebung (HSI) gerecht wird. Die neue Kameratechnologie ermöglicht, Licht nicht nur ortsaufgelöst, sondern simultan auch spektral aufgelöst aufzuzeichnen. Das bedeutet, dass zur Informationsgewinnung nicht nur herkömmlich drei spektrale Bänder (RGB), sondern bis zu eintausend genutzt werden.

Das Fraunhofer IWS Dresden entwickelt eine integrierte HSI-Lösung, die das Potenzial der HSI-Technologie in zuverlässige Hard- und Software überführt und für...

Alle Focus-News des Innovations-reports >>>

Anzeige

Anzeige

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

Plants are networkers

19.06.2017 | Event News

Digital Survival Training for Executives

13.06.2017 | Event News

Global Learning Council Summit 2017

13.06.2017 | Event News

 
VideoLinks
B2B-VideoLinks
Weitere VideoLinks >>>
Latest News

Supersensitive through quantum entanglement

28.06.2017 | Physics and Astronomy

X-ray photoelectron spectroscopy under real ambient pressure conditions

28.06.2017 | Physics and Astronomy

Mice provide insight into genetics of autism spectrum disorders

28.06.2017 | Health and Medicine