Kleben statt Löten

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Niederländische Forscher haben ein kristallines Photovoltaik-Modul entwickelt, das keinerlei Lötverbindungen besitzt. Ein elektrisch leitfähiger Kleber sorgt dafür, dass der Solarstrom fließt.

Ein Rückkontakt-Modul im Schnee. Es hat keine Stromsammelschienen auf der Vorderseite. Die Leiterbahnen werden durch kleine Löcher in der Zelle zur Zellenrückseite geführt. Dort werden die Kontakte verklebt.

Das Sunweb-Modul von Solland Solar entspricht dem neu entwickelten Rückkontakt-Modul von ECN - nur das es weiterhin verlötet und nicht geklebt wird
Foto: Solland Solar

Das Energie-Forschungszentrum der Niederlanden (ECN) hat ein Rückkontakt-Modul entwickelt, dessen Kontakte mit elektrisch leitfähigem Kleber verbunden sind. Auf die alt bewährten Lötverbindungen wurde bei der Kontaktierung der Photovoltaik-Zellen vollkommen verzichtet. „Kleben bedeutet für die empfindlichen Zellen weniger Stress“, sagt Paul de Jong, Produktmanager beim ECN. Denn Zellen, die weniger als 150 Mikrometer dünn sind, lassen sich nicht ohne Schäden verlöten. Die hohe Temperatur beim Lötprozess von über 200 Grad Celsius verbiegt die empfindlichen Zellen und verursacht Mikrorisse im Silizium. Darum verwendeten die Forscher Leitkleber, um die 120 Mikrometer dünnen Rückkontakt-Zellen zu kontaktieren. Er härtet bereits bei 150 Grad Celsius im Ofen aushärtet und bleibt auch nach dem Abkühlen flexibel, was die Spannungen im Material ausgleicht.

Metallflocken lassen den Strom fließen

Im Inneren des Leitklebers sorgen Metallflocken dafür, dass der Strom fließt. Die Partikel können aus Kupfer, Gold oder Nickel sein. Meist ist es aber aufgrund der guten Leitfähigkeit Silber in Pulver- oder Flockenform. Schrumpft der Kleber beim Aushärten im Ofen zusammen, überlappen sich die Metallflocken und bilden eine leitende Verbindung. Bis zu 80 Prozent der Klebemasse bestehen aus diesen so genannten Füllstoffen und das macht den Kleber teuer, denn durch den wertvollen Rohstoff Silber kostet er mehr als herkömmliche Lötlegierungen. „Man hat zwar erstmal höhere Materialkosten, aber in der Gesamtrechnung können die Zellen dünner und damit preiswerter produziert werden“, rechnet Martin Fleuster vor, Leiter von Forschung und Entwicklung beim niederländischen Modul-Hersteller Solland Solar Cells BV.

Modul-Hersteller sind skeptisch

Er hat zusammen mit ECN das geklebte Rückkontakt-Modul entwickelt und ist überzeugt von der Stabilität der leitfähigen Kleber. Trotzdem produziert Solland Solar seine kristallinen Module weiterhin ohne Leitkleber. „In der momentanen Krise trauen sich die Kunden nicht, in eine neue Produktionstechnik zu investieren. Deswegen löten wir erstmal weiter“, sagt Fleuster.
In zahlreichen Studien können die Forscher von ECN belegen, dass die geklebten Zellen die gleichen Anforderungen erfüllen, wie die gelöteten. Die Skepsis bei den Modul-Herstellern aber bleibt. Denn es mangelt noch an Langzeit-Erfahrungen, vor allem im Bezug auf die Wettereinflüsse: „Unsere Außentest laufen seit zwei Jahren. Bis jetzt hat sich keine Verschlechterung gezeigt“, sagt de Jong. Seine beschleunigten Alterungsversuche im Labor zeigten zwar keinerlei Probleme, doch echte Langzeit-Tests gibt es noch nicht. „1000 Stunden im Labor sind eben keine 20 Jahre auf dem Dach“, erklärt Fleuster.
Dabei könnten elektrisch leitfähige Kleber die Produktion von extrem dünnen und damit preiswerten kristallinen Modulen ermöglichen. Das wäre ein weiterer Schritt in Richtung Netzparität. Dass der Leitkleber seinen Zweck erfüllt, beweist der hohe Wirkungsgrad des Rückkontakt-Moduls. Bei Labortests erreichte es einen Wert von 16,4 Prozent bezogen auf die aktive Zellfläche und zählt damit zu den effizientesten Photovoltaik-Modulen aus multikristallinem Silizium. Nun hängt es von den Herstellern ab, wann sie sich trauen, die ersten geklebten Module zu produzieren und eine Leistungsgarantie zu übernehmen. (Katrin Petzold)

In der kommenden photovoltaik-Ausgabe (12/2009) finden Sie ein Spezial zum Thema „Kleben in der Photovoltaik“ mit weiteren Artikeln. Dort können Sie auch den kompletten Beitrag über das neuartige Rückkontakt-Modul lesen.


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