Hoch-innovative, -ressourcenschonende, -umweltverträgliche und kostengünstige Solarzellen-Verbindungs-Technologie zur Wegbereitung einer Blei-freien Photovoltaik-Branche

Im Projekt »HochzeiT« sollte die am Fraunhofer ISE erfundene, patentierte und in Technologie-Reife-Grad (TRL) 4 entwickelte Laser-Verbindungstechnologie Foilmet® für den Photovoltaik-Massenmarkt evaluiert und in den TRL 7 überführt werden. Foilmet ermöglicht die Herstellung nachhaltiger PV-Module, die ohne Lot, Blei, Flussmittel und Klebstoffe auskommen.

Angesichts des dringenden Bedarfs an erneuerbaren Energien zur Erreichung der Klimaziele soll die Technologie umweltfreundliche und optisch ansprechende Photovoltaik-Anlagen ermöglichen, die ressourcenschonend und in einem günstigen Massenfertigungsverfahren produziert werden können. Dadurch wird ein wichtiger Beitrag zur Energiewende und zur gesellschaftlichen Akzeptanz von Solarenergie geleistet.

Ausgangslage

Mit aktuellem Stand der Technik werden in der Herstellung von Photovoltaik-Modulen auch heute noch Schwermetalle wie Blei und Cadmium eingesetzt. Gemäß RoHS-Richtlinie (»Restriction of the use of certain Hazardous Substances in electrical and electronic Equipment«) ist der Einsatz umweltschädlicher Stoffe in der Fertigung elektronischer Bauteile verboten. Doch die Richtlinie erlaubt Ausnahmen, auch für die Produktion von Solarmodulen, da es bisher an adäquaten Alternativen mangelt. Somit ist die Verarbeitung von Blei und Cadmium nicht an die RoHS-Richtlinie gebunden und weiterhin uneingeschränkt möglich. Mit Blick auf den prognostizierten und im Rahmen der Energiewende benötigten massiven Zubau von Photovoltaikanlagen ist eine RoHS-konforme PV-Technologie äußerst wünschenswert.

Ziel

Das Projekt »HochzeiT« verfolgte das Ziel, die patentierte Foilmet®-Technologie, die im Rahmen des (öffentlich geförderten) Projekts »Liebesbrief« , entwickelt wird, bis zum Ende der Förderphase auf einen Technologiereifegrad 7 zu bringen und erstmals Module im gängigen Industrieformat herzustellen und zu qualifizieren. Begleitet wurde das Projekt durch einen Vergleich mit dem aktuellen Stand der Technik und einer Wirtschaftlichkeitsbetrachtung.

Lösungsansatz

Die innovative Foilmet®-Technologie ermöglicht die Herstellung von Photovoltaik-Modulen ohne schädliche Materialien wie Blei und Flussmittel, wodurch die Umweltbelastung signifikant gesenkt wird. Gleichzeitig ermöglichen die lasergefügten Aluminiumverbinder geringste Serienwiderstände bei gleichzeitig maximaler Flexibilität des Solarzellenstrings. Diese Lösung ist nicht nur ökologisch wirksam und kosteneffizient, sondern auch optisch ansprechend. So trägt sie weiter zur gesellschaftlichen Akzeptanz der Photovoltaik bei und bietet zusätzlich eine Vielzahl an innovativen Einsatzmöglichkeiten im Bereich der Integrierten Photovoltaik. Das Projekt strebte eine Optimierung der Technologie für den Massenmarkt an, um damit die Herausforderungen der Energiewende nachhaltig zu adressieren.

Ergebnisse

Zunächst wurden im Projekt industrielle PERC-Solarzellen im M6-Format herangezogen und mit einem für unsere Verschaltungstechnologie angepassten Kontaktdesign versehen. Dieses spart im Vergleich zum Stand der Technik ca. 20% an Silber ein. Die Zellen wurden vereinzelt und anschließend mittels FoilMet-Verfahrens in Reihe verschaltet. So konnten im Projekt bislang drei Module im Industrieformat erfolgreich hergestellt und vermessen werden. Dabei wurde sowohl die Querverschaltung der einzelnen Strings als auch das Modul-Layout kontinuierlich optimiert. Zuletzt wurden 20 Strings a jeweils 18 Schindelzellen pro Modul verbaut, welche eine aktive Fläche von 95cm x 165cm aufweisen.