Zur Produktion von Solarzellen hat das Fraunhofer ISE ein neues Laser-Kontaktverfahren entwickelt. Wie das Institut mitteilte, geht es um das Aufbringen der Leiterbahnen aus Metall auf die Zellen. Das Standardverfahren hierzu sei der Siebdruck. Dafür komme Silberpaste zum Einsatz. Die Solarzellenproduktion sei heute einer der größten Silberkonsumenten weltweit. Auch deshalb untersuchten Forscher intensiv alternative Metalle und entsprechende Verfahren zur Kontaktfingeraufbringung, darunter ein elektrochemisches Verfahren, das sogenannte elektrochemische Plating.

Bevor das Plating allerdings zum Einsatz kommen könne, muss eine vorhandene elektrische Schutzschicht geöffnet werden. Dies erfolge heute durch einen speziellen Laserprozess, der die Schutzschicht an bestimmten Stellen gezielt und präzise abträgt. Auf den so entstandenen Kontaktöffnungen wachse dann der Kontaktfinger aus zunächst Nickel, dann Kupfer und zuletzt Silber elektrochemisch auf.

Aluminium statt Nickel

Das neue LTF- Verfahren zur Öffnung der elektrischen Schutzschicht und Herstellung der Metallkontakte biete mehrere Vorteile gegenüber dem Standardverfahren. Es ermögliche eine höhere Flexibilität bei der Wahl der Kontaktmetalle, indem statt Nickel zum Beispiel auch Aluminium, Titan oder Wismut zum Einsatz kommen können. Das LTF-Verfahren bietet zudem mehr Spielraum beim Kontaktfinger-Layout. Zudem eigne sich das Metallisierungsverfahren auch für Solarzellen mit temperatursensiblen Schichten, da es die Zelle nicht über Raumtemperatur erwärme.

Der LTF-Prozess bestehe dabei aus zwei Teilschritten. Ein direktes Laserdruckverfahren übertrage im ersten Schritt Metall im gewünschten Kontaktfinger-Layout von einer Folie auf eine Solarzelle. Wesentlich dabei sei, dass die übertragenen Metallstrukturen sehr schmal sind, um Abschattungen zu reduzieren.

»Mit dem Verfahren konnten wir im Labor bereits Metallstrukturen feiner als 5 µm auf die Solarzellenoberfläche aufbringen«. Das berichtet Saskia Kühnhold-Pospischil, Projektleiterin am Fraunhofer ISE. Dabei sind die Solarzellen bei Fraunhofer auf einem Vakuum-Chuck positioniert und fahre unter eine metallbeschichtete Trägerfolie, die das Metall auf die Solarzelle übertrage. Im Anschluss fahre die Metallfolie vollautomatisch durch ein Rolle-zu-Rolle-System ein Stück weiter, um den Metallübertrag der nächsten Solarzelle durchführen zu können.

Im zweiten Prozessabschnitt bilden sich die so entstandenen Metallstrukturen auf der Solarzellenoberfläche zu Kontakten aus. Dies geschehe mittels Laser Selective Heating (LSH). Dazu wird ein Laser der Firma Soliton/ Advalue mit einer Wellenlänge verwendet, welche lediglich von dem übertragenen Metall absorbiert wird, nicht aber vom darunter liegenden Silicium. So bleibe das Silicium unversehrt, was wiederum vorteilhaft für hohe Solarzelleffizienzen sei. Beide Prozessschritte können vollautomatisiert und auf wenige Mikrometer exakt aligniert in der neuen LTF-Anlage durchgeführt werden.

Verbundprojekt C3PO

Im Rahmen des Verbundprojekts »C3PO« haben Projektpartner den Prozess auf einer industrienahen Anlage erstmals umgesetzt. c3PO steht für Cool Copper Contacts. Dabei geht es um die » Entwicklung einer industriellen Niedertemperatur- Technologie zur Herstellung 20 μm feiner Kupferkontakte für bifaciale PERC, Hetero- und TOPCon-Solarzellen«. Das Bundesministerium für Wirtschaft und Energie fördere zudem das Vorhaben.

Zukünftig gelte es neben der beschriebenen LTF-Anwendung auch Kontaktfinger in ihrer Gänze Schicht für Schicht, also additiv zu fertigen. »Sowohl für die Herstellung kleinster 3D Strukturen als auch das lokale Beschichten sensibler Bauelemente sehen wir auch in weiteren Forschungsfeldern Anwendungsmöglichkeiten für die LTF-Technologie. Mit der Pilotanlage und unserem Konsortium bestehen nun beste Voraussetzung diese zukünftig erfolgreich zu entwickeln«. Darüber freut sich Jan Nekarda, Abteilungsleiter Strukturierung und Metallisierung am Fraunhofer ISE.

6.10.2020 | Quelle: Fraunhofer ISE | solarserver.de © Solarthemen Media GmbH