Langzeitstabile Kupfermetallisierung und industrietaugliche Prozesse erm\u00f6glichen 21,4 % Wirkungsgrad. <\/p>\n
Die Senkung der Stromgestehungskosten f\u00fcr Photovoltaik kann \u00fcber zwei Mechanismen erfolgen: effizientere Solarzellen und geringere Produktionskosten. Mit fortschrittlichen Verfahren zur Metallisierung von Solarzellen k\u00f6nnen beide Effekte gleichzeitig erreicht werden. Im ETAlab\u00ae des Fraunhofer ISE \u2013 dem Labor f\u00fcr neue Solarzellenstrukturen und -prozessschritte \u2013 ist es jetzt gelungen, Solarzellenkontakte zu 100 % aus kosteng\u00fcnstigen Materialien herzustellen.<\/p>\n
Dabei wurden industrietaugliche Galvanik-Prozesse genutzt und teures Silber wurde vorwiegend durch Kupfer ersetzt. Die Forscher erreichten eine Solarzellen-Effizienz von 21,4 %. Besonders bemerkenswert: Dieses Ergebnis liegt auf Augenh\u00f6he mit Vergleichswerten von Solarzellen mit einem hocheffizienten Titan\/Palladium\/Silber-Kontaktsystem, das in vergleichsweise teuren Vakuum-Laborprozessen erzeugt wird.<\/p>\n
Um hohe Solarzellenwirkungsgrade zu erreichen, m\u00fcssen die Vorderseitenkontakte den bei Beleuchtung erzeugten Strom m\u00f6glichst verlustarm ableiten und gleichzeitig m\u00f6glichst wenig Zellfl\u00e4che verdecken. Aus technologischer Sicht kommen f\u00fcr diese Aufgabe nur Materialien mit h\u00f6chster Leitf\u00e4higkeit infrage, insbesondere Silber und Kupfer. Im aktuellen Standardprozess werden mit silberhaltigen Pasten per Siebdruck relativ breite und por\u00f6se Kontakte erzeugt.<\/p>\n
Durch den enormen Kostenunterschied zwischen Silber und Kupfer ist es allein durch einen Wechsel des Materials bei gleichbleibender Leitf\u00e4higkeit m\u00f6glich, die Herstellungskosten von Solarzellen um ca. 8 ct\/WP\u00a0bzw. bis zu 10 Prozent zu senken. Kupfer l\u00e4sst sich aus chemischen L\u00f6sungen in galvanischen Prozessen abscheiden, die kosteng\u00fcnstig sind und hohe Abscheideraten bieten. Wird mit solchen industrietauglichen Prozessen die Solarzelleneffizienz weiter gesteigert, ist der Vorteil der spezifischen Kosten noch gr\u00f6\u00dfer.<\/p>\n
Die Herausforderung bei der Solarzellen-Metallisierung mit Kupfer liegt in der Erzeugung einer homogenen und qualitativ hochwertigen Schicht zwischen Silicium und Kupfer. Diese dient als Barriere gegen Diffusion von Kupfer in den Halbleiter. Ein effektives Unterbinden der Kupferdiffusion ist entscheidend, um einen verlustfreien Betrieb der Solarzelle zu gew\u00e4hrleisten. Daf\u00fcr setzen die Forscher Nickel ein. Nickel kann neben der ben\u00f6tigten Barrierefunktion zus\u00e4tzlich einen elektrischen Kontakt zum Silicium herstellen.<\/p>\n
Dar\u00fcber hinaus bietet es den Vorteil, dass es, wie Kupfer, mit kosteng\u00fcnstigen galvanischen Prozessen auf der Solarzelle abgeschieden werden kann. Ein galvanisches Nickel-Kupfer-System auf gedruckten Silber-Kontaktschichten, dem aktuellen Standardprozess der Industrie, ist daher eine erste m\u00f6gliche Anwendung. Bei nur geringen Anpassungen industrieller Fertigungslinien k\u00f6nnen die Kosten hier stark gesenkt werden.<\/p>\n
Ein noch gr\u00f6\u00dferes Wirkungsgradpotenzial f\u00fcr Solarzellen bietet das galvanische Nickel-Kupfer-System bei direkter Abscheidung auf Silicium, ohne gedruckte Silber-Kontaktschicht. \u00dcber ein industrietaugliches Verfahren, z.B. Laserablation, wird die Antireflexionsschicht (ARC) lokal entfernt. Es werden Strukturbreiten im Bereich von 20 \u00b5m erreicht, was die Abschattung gegen\u00fcber dem Siebdruck deutlich reduziert. In die ge\u00f6ffneten Bereiche der ARC wird selektiv Nickel abgeschieden, das durch Kupfer und Zinn oder Silber verst\u00e4rkt und l\u00f6tbar gemacht wird. Auf Solarzellen mit vorder-\u00a0 und r\u00fcckseitiger Passivierung im Format 2×2 cm\u00b2 wurde mit dieser Technologie ein Wirkungsgrad von 21,4 % im ETAlab\u00ae erreicht und vom CalLab PV Cells des Fraunhofer ISE best\u00e4tigt. \u201eUnsere kupfermetallisierten Solarzellen aus dem ETAlab\u00ae sind nicht nur beim Wirkungsgrad mit der Titan\/Palladium\/Silber-Referenztechnologie vergleichbar, sondern weisen in Langzeittests auch eine hervorragende Stabilit\u00e4t auf. Eine thermische Belastung von 1600 Stunden bei 200 \u00b0C blieb ohne Folgen f\u00fcr den Wirkungsgrad\u201c, so Jonas Bartsch, Teamleiter \u201ePlating Process Technology\u201c.<\/p>\n
Mit dem am Fraunhofer ISE aufgebauten Prozessverst\u00e4ndnis arbeiten die Forscher im ETAlab\u00ae daran, diese Technologie auf gro\u00dfe Solarzellenformate zu \u00fcbertragen. \u201eDie Metallisierung auf Basis von Kupfer und Nickel bietet ein erhebliches Kostensenkungspotenzial f\u00fcr die n\u00e4chste Generation von Silicium-Solarzellen und damit f\u00fcr Strom aus Sonnenlicht\u201c, so Dr. Markus Glatthaar, Gruppenleiter \u201eAdvanced Processes\u201c.<\/p>\n