FINALE – Entwicklung von industriellen Druckprozessen zur Herstellung von Ultra-Feinlinienkontakten für hocheffiziente Silizium-Solarzellen

Der Fokus der heutigen Forschung im Bereich Siliziumsolarzellentechnologie liegt auf der gezielten Neu- und Weiterentwicklung von Einzelprozessen mit dem Ziel die Solarzelleneffizienz zu erhöhen und die Prozesskosten zu senken. Das skizzierte Forschungsvorhaben setzt genau hier an. Es ist geplant, den Vorderseitenmetallisierungsprozess als Schlüsseltechnologie zur Herstellung von Siliziumsolarzellen signifikant zu verbessern. Hierzu soll die am Markt etablierte Siebdrucktechnologie adressiert werden. Die technologischen Grenzen des Druckprozesses sowie der dazugehörigen Komponenten sollen in Richtung schmalere Kontaktbreiten (<20µm) bei ausreichender Kontakthöhe verschoben und gleichzeitig die Prozesskosten in EUR/Wp reduziert werden.

Das übergeordnete Projektziel ist die Entwicklung eines Siebdruckprozesses zur Realisierung von Kontaktbreiten unter 20µm bei ausreichender Kontakthöhe auf mono- und multikristallinen Silizium-Solarzellen im industriellen Umfeld. Spitzenwerte von 15µm Kontaktbreite sollen im Labor demonstriert werden. Neben experimentellen Arbeiten zur Druckparameteroptimierung ist auch der Aufbau eines Modells zur theoretischen Beschreibung des Druckvorgangs vorgesehen. Dies soll die Identifikation und Optimierung der zentralen Einflussfaktoren im Druckprozess unterstützen. Das Wirkungsgradniveau des baseline-Prozesses im PV-TEC – Photovoltaic Technology Evaluation Center des Fraunhofer ISE soll im Rahmen des Projekts um mindestens 2% relativ gesteigert werden. Des Weiteren soll die Silberausnutzung im Siebdruckprozess verbessert werden, indem eine homogenere Kontaktgeometrie realisiert wird. Die Kontaktgeometrie der Referenztechnologie Dispensen dient hier als Zielwert. Im Bereich der Material- und Komponentenentwicklung ist das vordergründige Ziel Druckformen zu entwickeln, die Öffnungsbreiten unter 15µm und gleichzeitige stabile Druckprozess im industriellen Umfeld erlauben. Die Anpassung und Optimierung des Druckformherstellungsprozesses, aber auch der Siebgewebe und Emulsionen spielt dabei eine zentrale Rolle. Die Wechselwirkung zwischen der Substratoberfläche (Textur, Beschichtung) und dem Druckergebnis steht ebenfalls im Fokus des Projektvorhabens. Ein Ziel des Projekts ist folglich interdisziplinäres Prozessverständnis aufzubauen und Texturprozesse hinsichtlich einer Verbesserung der Kontaktgeometrie zu entwickeln. Die Reduktion der Prozesskosten in €/Wp stellt ein weiteres zentrales Ziel des Projekts dar, welches kontinuierlich überprüft wird.

Die im Projekt anvisierte Reduktion der Kontaktfingerbreite auf unter 20µm stellt folglich einen wichtigen Meilenstein dar bei der Realisierung von Solarzellenwirkungsgraden von ~20% / ~22% für industrielle multi- / monokristalline p-Typ Solarzellen. Aufbauend auf Ergebnisse aus am ISE laufenden Forschungsvorhaben (z.B. CUT-A) sollen Solarzellenwirkungsgrade in diesem Bereich erzielt werden.