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Bei rückseitenkontaktierten Solarzellen erfolgt die gesamte Metallisierung auf der Rückseite, sodass die dem Licht zugewandte Seite frei von Verschattung ist. Ein hocheffizienter Laserprozess erzeugt pro Sekunde mehrere Tausend sogenannte Vias. Durch diese wird der an der Vorderseite von Emitter-Wrap-Through- (EWT)-Solarzellen gesammelte Strom durch hochdotierte Siliziumbereiche zur Rückseite geführt.
© Fraunhofer ISE
Solarzellenfertigung
Projektinfo 08/2015

Laserbearbeitung einer Solarzelle.
© Solarstromforschung.de/Manz
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Solarzellen mit Laser bearbeiten

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.

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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 in der PV-Produktion

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
Projektinfo 08/2015:
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Merkzettel

Adressen

Projekte LFCC und GRIPS
Fraunhofer ISE

Links

Innovation Award Laser Technology

Innovationsallianz Photovoltaik
Eine Initiative der Bundesregierung

Photovoltaik-Forschung
Eine Übersicht des Bundesverbands Solarwirtschaft

Forschungsverbund Photonik
Infoseite zum Förderprogramm des BMBF

Solarzellen-Forschungsprojekt HELENE
News vom Projektträger Jülich zu PERC-Solarzelle

Infotipps

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Photovoltaik-Innovationen
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Forschungsförderung

Das Informationssystem EnArgus bietet Angaben zur Forschungsförderung, so auch zu den Projekten 0325241 und 0327572.