FolMet – Folienmetallisierung für kristalline Siliciumsolarzellen

Hocheffizienz-Industriesolarzellen mit Folienmetallisierung

Laufzeit: Januar 2013 - Dezember 2015
Auftraggeber / Zuwendungsgeber:
Bundesministerium für Wirtschaft und Energie (BMWi)
Kooperationspartner: Innolas Solutions
© Fraunhofer ISE

Abb. 1: Rück- und Vorderseite der 156 x 156 mm2 großen Industriesolarzelle mit rückseitiger Passivierschicht und aufgelaserter Elektrode aus konventioneller Aluminiumfolie.

© Fraunhofer ISE

Abb. 2: Wirkungsgrade industrieller, busbarloser PERC-Solarzellen mit rückseitiger Folienmetallisierung ohne oder mit reduzierter SiNx-Schutzschicht auf der Rückseite und gedruckter / gefeuerter (gelb) oder galvanisch aufgewachsener (grün) Vorderseitenmetallisierung.

Solarzellen mit passivierter Rückseite (PERC) ermöglichen höhere Wirkungsgrade im Vergleich zu konventionellen Zellen. Daher wird diese Technologie in Pilotfertigungen erprobt und vereinzelt bereits in die Massenfertigung überführt. Zusätzliche Prozessschritte machen sie aber komplexer und teurer, so dass der Kostenvorteil trotz höherer Effizienzen gering ist. Eine am Fraunhofer ISE entwickelte Technologie, bei der konventionelle Aluminiumfolie mittels Laserstrahlung mit dem Siliciumwafer verschweißt wird, vereinfacht den Herstellungsprozess von PERC-Zellen signifikant, bietet ein höheres Effizienzpotenzial und ist gleichzeitig deutlich günstiger.

Die Aluminiumfolie wird durch einzelne Laserpulse durch die Passivierschicht legiert und mit dem Silicium verschweißt. Die Kontaktpunkte stellen die mechanische und elektrische Verbindung zwischen Folienelektrode und Siliciumwafer her. Das Verfahren ermöglicht einen um bis zu 0,3 mA/cm2 höheren Kurzschlussstrom aufgrund verbesserter optischer Eigenschaften. Gleichzeitig ist die Passivierschichtdicke um 75 % reduziert. Im Gegensatz zur standardmäßig verwendeten Elektrode aus gedruckter und gefeuerter Metallpaste beeinträchtigt die »kalte« Folienmetallisierung die Qualität der Passivierschicht weniger. Dies vereinfacht den Transfer der PERC-Technologien in bestehende Produktionslinien und ermöglicht höhere Offenklemmenspannungen. Die Folienmetallisierung bietet zudem einen substanziellen Kostenvorteil, da die Materialkosten für die Elektrode sowie die Herstellungskosten der Passivierung gesenkt werden und mindestens zwei Fertigungsschritte im Produktionsprozess eingespart werden können.

Jüngst wurde die Kompatibilität mit einer galvanisch abgeschiedenen Vorderseitenelektrode gezeigt, die einen höheren Lichteinfang ermöglicht und ohne Silber auskommt. Ebenso konnte durch ein günstiges Rolle-zu-Rolle-Beschichtungsverfahren die Verschaltbarkeit derartiger Solarzellen mit konventioneller Verbindungstechnologie demonstriert werden.