Forscher des Fraunhofer ISE haben die Vorderseiten-Metallisierung von Silizium-Heterojunction-Solarzellen (SHJ) optimiert, indem sie eine sehr geringe Silberauflage für die Mehrdrahtverschaltung verwendeten. „Dieser Ansatz ist einfach zu implementieren, da er nur die Verwendung von ausreichend feinen Linienrastern in Kombination mit einem optimierten Gitterlayout erfordert“, so der korrespondierende Autor, Andreas Lorenz, gegenüber pv magazine.
Bei der Optimierung des Metallisierungsprozesses haben die Forscher drei Produktionsparameter berücksichtigt: die Drucktechnik sowie den Abstand und die Breite der Kontaktfinger. „Eine der größten Herausforderungen für die kommenden Jahre ist die zunehmende Verknappung kritischer Ressourcen, nämlich Silber, Indium und Wismut“, so die Forschergruppe. „Die Notwendigkeit, den Silberauftrag zu reduzieren, ist für SHJ-Solarzellen besonders dringlich, da die Silberpaste in der Regel auf der Vorder- und Rückseite der typischen Zellarchitekturen aufgetragen wird.“
In ihrer Arbeit untersuchten die Wissenschaftler nur den Auftrag von Silber auf der Vorderseite. Im ersten Fall verwendeten sie ein fortschrittliches knotenloses feinmaschiges Sieb mit 520 x 11 x 0 Grad, im zweiten Fall ein herkömmliches gewinkeltes feinmaschiges Sieb mit 520 x 11 x 22,5 Grad. „Die Vorderseiten-Metallisierung wurde mit beiden Siebtypen unter den gleichen Druckbedingungen und einer Druck-/Flutungsgeschwindigkeit von 300 Millimeter pro Sekunde gedruckt“, fügten sie hinzu und stellten fest, dass mit der knotenlosen Methode eine um 1,3 Mikrometer schmalere mittlere Fingerbreite im Vergleich zum Standardverfahren erzielt wurde.
Was den Abstand der Silberfinger betrifft, so testete die Gruppe einen Abstand von 1,3 Millimeter, was zu 120 Fingern führte, und einen Abstand von 1 Millimeter, was zu 156 Fingern führte. Bei einem Abstand von 1,3 Millimeter wurden insgesamt 19 Milligramm Silberpaste benötigt, während es bei 1 Millimeter 21 Milligramm waren. „Die Verringerung des Fingerabstandes führt zu einem erhöhten Füllfaktor, während die Kurzschlussstromdichte aufgrund der erhöhten Abschattung sinkt“, so die Wissenschaftler. Beide Effekte glichen sich in diesem speziellen Fall weitgehend aus, so dass beide Gruppen einen vergleichbaren Umwandlungswirkungsgrad aufwiesen. Außerdem testeten die Forscher drei Fingerbreiten: 20, 18 und 15 Mikrometer. Dabei stellten sie fest, dass es möglich ist, ein gleichmäßiges Gitterlayout mit einer Breite von 15 Mikrometer zu drucken, was zu einer Silberreduzierung von 5 Milligramm im Vergleich zu 20 Mikrometer führt sowie zu einem erhöhten Wirkungsgrad von 0,14 Prozent.
Nach dieser Optimierungsmethode stellte die Gruppe optimierte Solarzellen mit dem fortschrittlichen knotenlosen feinmaschigen Sieb 520 mal 11 mal 0 Grad her, mit einer Fingerbreite von 1 Millimeter und einer Breite von 15 Mikrometer. Diese wurden mit nicht optimierten Zellen verglichen, bei denen das herkömmliche, gewinkelte feinmaschige Sieb 520 mal 11 mal 22,5 Grad mit einem Fingerabdruck von 1,3 Millimeter und einer Breite von 20 Mikrometer verwendet wurde. „Die optimierte Gruppe erzielte einen durchschnittlichen Umwandlungswirkungsgrad von 23,2 Prozent, was einem Gewinn von 0,17 Prozent im Vergleich zu den Referenzzellen ohne die beschriebene Optimierung entspricht“, so die Forscher. „Außerdem konnte der Silberpastenauftrag dieser Gruppe um rund zwei Milligramm reduziert werden. Dies unterstreicht die Bedeutung einer konsequenten Optimierung des Siebdruckverfahrens im Hinblick auf die Zellleistung und Ressourcennutzung für SHJ-Solarzellen.“
Die Ergebnisse wurden in „Towards a cutting-edge metallization process for silicon heterojunction solar cells with very low silver laydown“ in ‚Progress in Photovoltaics‘ vorgestellt. Zu der Forschergruppe gehörten auch Wissenschaftler des deutschen Elektronikkomponentenherstellers Yageo Nexensos GmbH.
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Mir stellt sich die Frage, wozu man Forschung betreibt, wenn man die Industrie, die das dann produzieren soll kaputt gehen lässt. Erschliesst sich mir irgendwie nicht…
Niemand lässt etwas kaputt gehen. Aber Firmen, die völlig unwirtschaftlich sind bzw. weit ab der Marktpreise anbieten kann man doch nicht als Allgemeinheit durchfüttern