{"id":84983,"date":"2022-09-03T02:23:00","date_gmt":"2022-09-03T00:23:00","guid":{"rendered":"https:\/\/www.sonnenseite.com\/?p=84983"},"modified":"2022-09-02T18:29:22","modified_gmt":"2022-09-02T16:29:22","slug":"kupfer-statt-silber-neuer-schub-fuer-die-solarzellen-produktion","status":"publish","type":"post","link":"https:\/\/www.sonnenseite.com\/de\/wissenschaft\/kupfer-statt-silber-neuer-schub-fuer-die-solarzellen-produktion\/","title":{"rendered":"Kupfer statt Silber: Neuer Schub f\u00fcr die Solarzellen-Produktion"},"content":{"rendered":"\n

Steigende Rohstoffpreise und mangelnde Verf\u00fcgbarkeit, insbesondere von Silber, lassen die Produktionskosten von Photovoltaik-Modulen steigen. Fraunhofer-Forschende haben ein Galvanikverfahren entwickelt, bei dem das teure Edelmetall Silber durch leicht verf\u00fcgbares Kupfer substituiert wird. <\/p>\n\n\n\n

Die aufw\u00e4ndig zu entsorgenden Polymere, die bei der Galvanik \u00fcblicherweise anfallen, konnten die Forschenden ersetzen. Sie nutzen stattdessen Aluminium zur Maskierung, das leicht recycelt werden kann. Um die Technologie schneller auf den Markt zu bringen, wurde das Spin-off PV2+ gegr\u00fcndet.<\/p>\n\n\n\n

Die Photovoltaik ist eine tragende S\u00e4ule bei der Stromerzeugung aus erneuerbaren Energien. Moderne Heterojunction-Solarzellen weisen durch ihren geringen Siliciumverbrauch einen besonders niedrigen CO2<\/sub>-Fu\u00dfabdruck auf und erreichen in industrieller Produktion die h\u00f6chsten Wirkungsgrade. Dementsprechend besteht eine gute Chance, dass sich diese Technologie zum Standard in der Produktion entwickeln wird. Die Zahlen belegen die steigende Bedeutung der Photovoltaik. Nach Angaben der International Renewable Energy Agency (IRENA) lag die globale Stromerzeugung aus Photovoltaik-Anlagen 2012 bei mehr als 96 TWh und stieg bis 2020 auf knapp 831 TWh. In Deutschland stieg laut Umweltbundesamt die Stromerzeugung aus Photovoltaik im gleichen Zeitraum von knapp 27 TWh auf knapp 50 TWh.<\/p>\n\n\n\n

Das Potenzial der Photovoltaik ist noch lange nicht ausgesch\u00f6pft. Allerdings wird bei der Herstellung der Solarzellen wertvolles Silber f\u00fcr die Leiterbahnen und Kontakte verwendet. Sie f\u00fchren den Strom ab, der in der Siliciumschicht durch die Sonneneinstrahlung entsteht. Die Preise f\u00fcr das Edelmetall steigen, schon heute macht Silber rund 10 Prozent des Herstellungspreises f\u00fcr eine Photovoltaikzelle aus. Dar\u00fcber hinaus ist Silber nur begrenzt auf der Erde verf\u00fcgbar. Die Solarindustrie verarbeitet 15 Prozent des in Minen abgebauten Silbers. Durch das starke Wachstum m\u00fcsste dieser Anteil stark steigen. Dies ist jedoch kaum realisierbar, da auch andere Branchen wie die Elektromobilit\u00e4t oder die 5G-Technologie h\u00f6here Silberverbr\u00e4uche f\u00fcr die Zukunft anmelden. Daher wird die Solarindustrie ihre volle Leistungskraft ohne durchschlagende technologische Innovationen nicht umsetzen k\u00f6nnen.<\/p>\n\n\n\n

Kupfer f\u00fcr die Leiterbahnen<\/h5>\n\n\n\n

Forschende des Fraunhofer-Instituts f\u00fcr Solare Energiesysteme ISE haben sich dieser Herausforderung angenommen. Das Fraunhofer-Institut in Freiburg ist mit rund 1400 Mitarbeitenden das gr\u00f6\u00dfte Solarforschungsinstitut Europas. Ein Team aus Forscherinnen und Forschern um Dr. Markus Glatthaar, Experte f\u00fcr Metallisierung und Strukturierung, hat ein Galvanikverfahren entwickelt, bei dem das Silber durch Kupfer bei der vielversprechenden Heterojunction-Technologie ersetzt wird. Kupfer ist um ein Vielfaches preiswerter und leichter verf\u00fcgbar.<\/p>\n\n\n\n

Damit nicht die gesamte elektrisch leitf\u00e4hige Oberfl\u00e4che der Solarzelle galvanisch mit Kupfer beschichtet wird, m\u00fcssen zuvor die nicht zu beschichtenden Bereiche maskiert werden. Diese Bereiche erhalten eine elektrisch isolierende Beschichtung, die eine galvanische Abscheidung unterbindet. So w\u00e4chst nur in den nicht isolierend beschichteten Bereichen die Kupferschicht auf.<\/p>\n\n\n\n

Die Forschenden haben hier noch einen zweiten wesentlichen Fortschritt erzielt: F\u00fcr die Maskierung des Silicium-Wafers im Elektrolyt-Bad setzt die Industrie bisher teure Lacke oder Folien auf Polymer-Basis ein. Die fachgerechte Entsorgung der Polymere ist aufw\u00e4ndig und verursacht viel M\u00fcll. Glatthaar und seinem Team ist es gelungen, die Polymere durch Aluminium zu substituieren. Ebenso wie Kupfer l\u00e4sst sich Aluminium vollst\u00e4ndig recyceln. Der doppelte Umstieg \u2013 von Silber auf Kupfer und von Polymer auf Aluminium \u2013 bringt auch einen doppelten Vorteil: Die Herstellung der Solarzellen wird nachhaltiger und gleichzeitig deutlich kosteng\u00fcnstiger.<\/p>\n\n\n\n

Durchbruch mit innovativer Galvanik und verbessertem Elektrolyt<\/h5>\n\n\n\n

Wie ist es den Forscherinnen und Forschern gelungen, das teure Edelmetall Silber zu ersetzen? \u00bbWir haben ein spezielles Galvanik-Verfahren entwickelt, das es erm\u00f6glicht, anstelle von Silber Kupfer f\u00fcr die Leiterbahnen einzusetzen\u00ab, erkl\u00e4rt Glatthaar. Sogar die Leistung wird dadurch verbessert. Denn die Kupferleiter sind dank Laserstrukturierung besonders schmal. Durch den extrem kleinen Durchmesser von nur 19 Mikrometer ist die Verschattung der lichtaufnehmenden Siliciumschicht geringer als bei den Silberbahnen. Das verbessert die Leistung und letztlich den Stromertrag.<\/p>\n\n\n\n

Die zweite technologische Errungenschaft des Fraunhofer-Teams ist die Verwendung von Aluminium als Maskierungsschicht. Eine Schwierigkeit besteht darin, dass Aluminium elektrisch leitf\u00e4hig ist und insofern gar nicht als Maskierung taugt. Die Fraunhofer-Forschenden machen sich zunutze, dass Aluminium an der Oberfl\u00e4che von selbst eine isolierende Oxidschicht ausbildet. Doch diese ist nur wenige Nanometer dick. \u00bbEs ist uns gelungen, die Prozessparameter anzupassen und dabei einen speziellen Elektrolyt zu entwickeln, sodass im Ergebnis die extrem d\u00fcnne, native Oxidschicht des Aluminiums ihre isolierende Funktion zuverl\u00e4ssig erf\u00fcllen kann. F\u00fcr den Erfolg unseres Forschungsprojekts war dies ein wichtiger Meilenstein\u00ab, freut sich Glatthaar.<\/p>\n\n\n\n

Die recyclingf\u00e4higen Werkstoffe Kupfer und Aluminium bringen die Photovoltaik-Produktion der Kreislaufwirtschaft einen Schritt n\u00e4her. Damit verbessern sich auch die Umwelt- und Sozialstandards. \u00bbDa wir in Deutschland \u00fcber genug Kupfer verf\u00fcgen, sind die Lieferketten k\u00fcrzer, und die Abh\u00e4ngigkeit vom Preis auf den internationalen Rohstoffm\u00e4rkten oder von ausl\u00e4ndischen Lieferanten wird reduziert\u00ab, erg\u00e4nzt Glatthaar.<\/p>\n\n\n\n

Spin-off PV2+ bringt Solar-Technologie auf den Markt<\/h5>\n\n\n\n

Um die vielversprechende Technologie schneller auf den Markt zu bringen, hat das Fraunhofer ISE das Spin-off PV2+ gegr\u00fcndet. Die Buchstaben P und V stehen f\u00fcr Photovoltaik, 2+ f\u00fcr zwei positiv geladene Kupferionen im Galvanikbad. Das Unternehmen hat seinen Sitz ebenfalls in Freiburg. Fraunhofer-Forscher Markus Glatthaar fungiert als CEO des Spin-offs. Er will bereits Anfang 2023 gemeinsam mit Industriepartnern eine Pilotproduktion aufbauen.<\/p>\n\n\n\n

Prof. Dr. Andreas Bett, Institutsleiter am Fraunhofer ISE, erkl\u00e4rt: \u00bbDie innovativen Solarzellen sind ein wichtiger Baustein f\u00fcr die zuk\u00fcnftige Stromversorgung aus erneuerbaren Energien und werden der Photovoltaik-Branche einen dringend ben\u00f6tigten Schub verleihen. Das Spin-off hat beste Chancen, sich schnell und erfolgreich auf dem Markt zu etablieren. Umso mehr freut es uns nat\u00fcrlich, dass diese Technologien an unserem Institut entstanden sind.\u00ab Zudem f\u00f6rdert das Bundesministerium f\u00fcr Wirtschaft und Klimaschutz (BMWK) das Vorhaben im Rahmen seines Gr\u00fcnderprogramms \u00bbExist\u00ab.<\/p>\n\n\n\n