Groschen – Metallisierte Kontakte – auf dem Weg zur Implementierung im Industriemaßstab

Laufzeit: Januar 2016 - Dezember 2018
Auftraggeber / Zuwendungsgeber:
Bundesministerium für Wirtschaft und Energie (BMWi)
Kooperationspartner: RENA Technologies GmbH
Projektfokus:
Nickel-Kupfer-Silber-Kontaktfinger
© Fraunhofer ISE

10 µm breiter beschichteter Nickel-Kupfer-Silber-Kontaktfinger, entwickelt innerhalb des »Groschen«-Projekts.

Kupferbeschichtungsanlage
© Fraunhofer ISE

Halbindustrielle Kupferbeschichtungsanlage am Fraunhofer ISE.

Die Metallisierung von Siliciumsolarzellen ist ein bedeutender Kostenfaktor in der industriellen Solarzellenproduktion. Galvanisch aufgewachsene Kontakte mit Kupfer als Hauptleiter weisen große Vorteile gegenüber der derzeitig vorherrschenden Silberdrucktechnologie auf. Wesentliche Vereinfachungen der Prozessführung zusammen mit Verbesserungen der Solarzellen- und Modulleistung für galvanisch metallisierte Zellen haben die Hindernisse beseitigt, die bisher die Umsetzung galvanischer Metallisierungslösungen verhindert haben. So werden galvanische Prozesse zu einer interessanten Option für alle Arten von Solarzellen, einschließlich konventioneller und PERC-Solarzellen. Optimierungen in allen Phasen des Prozesses (Laserablation, Vorbehandlung, Beschichten, Tempern) haben diesen Fortschritt ermöglicht und werden noch weitergeführt. Im Bereich der Platingtechnologie sind noch große Potentiale vorhanden, die im Rahmen dieses Projektes gehoben werden sollen.

Galvanisch erzeugte Kontakte für kristalline Siliciumsolarzellen weisen eine Vielzahl von Vorteilen gegenüber der aktuellen Silberdrucktechnologie auf. Untersuchungen auf dem Gebiet der galvanischen Beschichtung zur Herstellung von Solarzellen-Kontakten werden seit den Anfängen der Silicium-PV durchgeführt. Bisher wurden sie jedoch nur in Nischenanwendungen industriell eingesetzt (z. B. Interdigitated Back-Contact Solar Cells von SunPower, Laser Grooved Buried Contact Solar Cells von BP solar). Für Standardsolarzellen war das Metallisierungsverfahren bisher zu komplex und kostenaufwendig, um diese technologisch fortschrittliche Methode in der Produktion einsetzen zu können, obwohl sie bedeutende Vorteile in Bezug auf Materialkosten aufweist.

Vereinfachungen in allen Phasen des Prozessablaufs (Laserablation, Vorbehandlung, Beschichten, Tempern) haben dies nun ermöglicht und zeigen hervorragende Solarzellen- und Modulergebnisse. Das Projekt »Groschen« wird diese Entwicklungen erweitern und die Grundlagen für weitere industrielle Anwendungsbereiche der Beschichtungstechnologie nicht nur für hocheffiziente Solarzellen, sondern auch für BSF- und PERC-Standardsolarzellen schaffen.

 

 

Die Vorteile der galvanischen Beschichtung sind:

  • geringe Kontaktbreite von bis zu 10 µm, nachgewiesen mit fortschrittlicher Lasertechnologie
  • Feinabstimmung von Prozessen/Materialien gemäß den Solarzellenanforderungen:
    • Laserablation mit haftungsfördernder Feinstruktur
    • Nickel als hervorragende elektrische Kontaktschicht sogar für schwach p- und n-dotiertes Silicium sowie als Diffusionsbarriere für Kupfer
    • kostengünstiges, höchst leitungsfähiges Kupfer (ρ= 1,7 x 10-8 Ωm) als Stromtransportschicht (Materialkostenreduzierung von > 90 % im Vergleich zu Silber)
    • 100-200 nm dünne Silberschicht für Korrosionsschutz und Verlötung
  • minimale Kontaktrekombination aufgrund des kleinen Kontaktbereichs
  • eine hervorragende Langzeitstabilität ist zu erwarten (nachgewiesen in Modultests unter IEC-Bedingungen), unempfindlich gegenüber Zellbruch
  • Maschinen für den industriellen Durchsatz sind vorhanden