Laser-Technik ermöglicht es, Solarzellen mit einem höheren Wirkungsgrad herzustellen. Sie ersetzt bzw. erspart bisher erforderliche aufwendige Bearbeitungsschritte. Forscher haben ein Verfahren zur Laserkontaktierung der Solarzellenrückseite entwickelt, das in bestehende Produktionslinien für Siebdrucksolarzellen integriert werden kann. Mit der neuen Technik können die Zellen kostengünstiger hergestellt werden, es reduziert den Energie- und Materialeinsatz und verzichtet auf zuvor erforderliche umweltbelastende Chemikalien.

Wichtiges Ziel bei der neuen Entwicklung war, dass die Laserbearbeitung schnell in die Praxis überführt und einfach in Produktionsanlagen, die die verbreitete Siebdrucktechnologie nutzen, integriert werden kann.

Forscher vom Fraunhofer ISE entwickelten ein neues Laserverfahren zur Kontaktierung der Zellrückseite. Während früher für die Strukturierung der Kontaktöffnungen von Funktionsschichten oft noch mehrere aufeinanderfolgende Bearbeitungsschritte mit photolithographischen und nasschemischen Prozessen und anschließender Temperung erforderlich waren, kann dies nun durch einen einzigen Laserarbeitsschritt erfolgen. Eine neu entwickelte Anlage setzt innerhalb von wenigen Sekunden auf der Rückseite einer Zelle im Standardformat 100.000 Kontaktpunkte. Diese Anlage für den sogenannten Laser-fired-Contact (LFC) Prozess wurde bei einem Hersteller erprobt und dort 2012 in die Serienfertigung integriert.

Der LFC-Prozess wird zur Herstellung von sogenannten PERC-Solarzellen (Passivated Emitter and Rear Contact Cell) eingesetzt, die Wirkungsgrade von über 20 % erreichen. Diese Silizium-Solarzellen sind auf der Rückseite mit dielektrischen Schichten passiviert und werden danach lokal kontaktiert. Bei diesen Zellen reduziert die Passivierung, die heute meist aus einem 100 nm dicken Schichtensystem aus Aluminumoxid und Siliziumnitrid besteht, die optischen und elektrischen Verluste; dadurch steigt die Ausgangsleistung relativ um bis zu 5 %. Um die Elektrode durch die Passivierungsschicht mit dem Wafer zu verbinden, ist eine hohe Zahl punktförmiger Kontakte erforderlich, ideal ist eine Struktur mit 400 Kontakten pro Quadratzentimeter – das entspricht 100.000 Kontakten pro Standardwafer (156 x 156 mm²). Die Kontakte beanspruchen nur 1 % der Fläche, beeinträchtigen die Passivierungsschicht also kaum.

Laser werden als wichtige Werkzeuge in der Solarzellen-Herstellung für folgende Arbeitsschritte eingesetzt:

• Strukturierung und gezielte Öffnung von Anti-Reflex- und Passivierungsschichten
• Selektive Erhöhung der Dotierung im Bereich der Kontaktfinger
• Kontaktieren, Löten und Schweißen von Zellverbinderbändchen in Solarmodulen
• Kantenisolation (elektrische Trennung von Vorder- und Rückseite nach der Dotierung) 
• Hochrate-Bohren für Zellkonzepte wie Metal Wrap-Through (MWT) und Emitter Wrap-Through (EWT)
• Schneiden von Wafern und Zellen
• Markieren von Solarzellen