rEvolution – Galvanische Kontaktierungsverfahren für Zellen mit rückseitigem p-n Übergang

Evolutionäre Schritte im Zellkonzept auf dem Weg zur Zelle mit rückseitigem p-n Übergang

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

Abb. 1: Galvanisch mit Kupfer beschichteter Kontakt einer Back-Contact-Back-Junction Solarzelle.

© Fraunhofer ISE

Abb. 2: Mikroskopaufnahme eines galvanischen Vorderseitenkontakts auf einer Cz-Solarzelle.

Galvanische Kontaktierungsverfahren bieten sowohl für aktuelle als auch für künftige Solarzellenkonzepte hervorragende technische und wirtschaftliche Perspektiven. Am Fraunhofer ISE wurde dieses Metallisierungskonzept auf p-Typ BSF- und PERC-Solarzellen bis zur Marktreife entwickelt und inzwischen auf zehn Standard 60-Zell Solarmodulen hinsichtlich Verarbeitung und Langzeitstabilität erfolgreich evaluiert. Aus diesen Prozessen haben wir Verfahren für PERC, n-Typ, Bifacial und Back-Contact-Back-Junction Solarzellen abgeleitet. So konnten wir Prozesse evolutionär weiterentwickeln und dadurch auch den Weg für industriell vollständig neue Zellstrukturen ebnen.

Ausgangspunkt der Entwicklungen sind die bereits stabil etablierten Prozesse auf aktuellen Standard-Solarzellen (Al-BSF, PERC). Die Laserstrukturierung der ARC mit ultrakurzen ps-Pulsen und die anschließende galvanische Metallisierung mit Nickel, Kupfer und Silber ersetzen dabei den Siebdruck von Silber. Dadurch werden Kosten gespart und Effizienzpotenziale der Zelle freigesetzt, etwa durch einen fortschrittlichen Emitter.

Die gleichen Prozesse werden mit leichten Anpassungen auch auf n-Typ Solarzellen eingesetzt, wobei Anpassungen des Laserprozesses auf die veränderte Passivierung, sowie des Galvanikschritts auf die veränderte Basispolarität erforderlich sind. Damit konnten auf PassDop Solarzellen Wirkungsgrade von bis zu 21,7 % auf kleiner Fläche und von bis zu 21 % auf großer Fläche erreicht werden.

Bifacialzellen kombinieren beide Anforderungen und bieten zugleich hinsichtlich des Silberverbrauchs ein doppeltes Einsparpotenzial. Hier ist die Nutzung neuer Prozess- und Anlagenkonzepte sinnvoll, wobei auf das vorhandene Vorwissen der Basispozesse im Sinne einer evolutionären Entwicklung zurückgegriffen werden kann. Stromlose Abscheidung und direkte Kontaktierung von Saatschichten konnten wir erfolgreich für simultane Abscheidung auf beiden Polaritäten demonstrieren.

Für Back-Contact-Back-Junction Solarzellen bieten sich galvanische Prozesse zum einen zum Verstärken vorhandener Saatschichten (PVD, Siebdruck) an, um Kosten zu sparen. Zum anderen kann in Kombination mit geeigneten Laserdotier- und -ablationsverfahren aber auch eine vollständig galvanische Metallisierung realisiert werden.