Bei der Dispens-Technologie werden die von
den Projektpartnern MERCK und HERAEUS neu entwickelten Materialien in
einem kontaktlosen Druckverfahren durch feinste Öffnungen eines
hochparallelen Druckkopfes auf der Solarzellenoberfläche platziert. Bei
dieser neuen, auch Extrusionsverfahren genannten Methode werden die
Materialien durch sehr feine Öffnungen eines Druckkopfes gedrückt,
ähnlich wie Zahnpasta durch die Tubenöffnung, nur dass die Forscher hier
Düsendurchmesser von der Dicke eines menschlichen Haars verwenden (ca.
50 µm) und viele Düsen parallel arbeiten, um die gewünschten Strukturen
schnell zu fertigen.
»Am Fraunhofer ISE steht uns mit dem
Photovoltaik Technologie und Evaluationscenter PV-TEC eine hervorragende
Infrastruktur für derartige Neuentwicklungen zur Verfügung«, so
Projektleiter Dr. Florian Clement. »Hier können wir alle Schritte von
der ausführlichen Charakterisierung des Fließverhaltens der Medien bis
hin zur Herstellung hocheffizienter Siliciumsolarzellen durchführen. Zur
Entwicklung der Druckkopf-Architektur haben wir die Fluiddynamik des
Extrusionsprozesses simuliert.« Die hergestellten Dispensköpfe konnten
so in mehreren Iterationsstufen optimiert und im Anwendungslabor auf
Praxistauglichkeit erprobt werden. Der Partner ASYS entwickelte unter
Einbeziehung der gesammelten Erfahrungen einen Dispensautomaten, der im
Frühjahr 2014 am Fraunhofer ISE in Betrieb genommen wurde. Dieser
hochflexible Automat erlaubt die Integration und Ansteuerung der
entwickelten Dispensköpfe und kann einfach in den herkömmlichen
Fertigungsprozess einer Standardsolarzelle integriert werden, um die Metallisierungsstruktur mit Präzision auf die
Solarzelle aufzubringen.
Mehrere hundert Solarzellen wurden bereits
mit der Anlage und einem für die Vorderseitenmetallisierung optimierten
Druckkopf metallisiert. Feinlinienkontakte mit Kontaktbreiten von
weniger als 35 µm auf industriell vorprozessierten Solarzellen wurden
dabei erreicht. Dies entspricht einer Verringerung der Kontaktbreite um
etwa ein Drittel bei gleichbleibender Kontaktquerschnittsfläche im
Vergleich zum industriell weit verbreiteten Siebdruckverfahren. Ein
Ergebnis, das die Leistungsfähigkeit dieser Technologie eindrucksvoll
unterstreicht. Zudem erlaubt das neue Verfahren eine äußerst homogene
Extrusion der Kontakte, so dass keine sogenannten »mesh-marks«, wie sie
bei Siebdruckverfahren auftreten können, beobachtet werden. Die Dispens-Technologie des Fraunhofer ISE
hat das Potenzial, herkömmliche Druckmaschinen in der
Solarzellenfertigung zu ersetzen, da nur leicht adaptierte Pasten
verwendet werden, die Druckgeschwindigkeiten sogar erhöht werden können
und auch der Feuerungsprozess unverändert bleiben kann. Darüber hinaus
bietet sie Einsparungspotenzial im sogenannten Dualdruckverfahren, bei
denen Busbar und Kontaktfinger der Solarzelle in zwei separaten
Druckschritten gefertigt werden, um noch höhere Wirkungsgrade bei
gleichzeitig reduzierten Silberverbrauch zu erzielen. Im Vergleich zum
Siebdruck kann hier durch den kontaktlosen Druckprozess auf einen
zusätzlichen Trockenprozess nach dem Busbar-Druck verzichtet werden, so
dass nass in nass gedruckt und somit ein Trockner eingespart werden
kann. Das berührungslose Verfahren verspricht zudem bei der Verwendung
dünnerer Siliciumwafer eine geringere Ausschussrate.
Solarzellenhersteller zeigen bereits großes
Interesse an der Dispens-Technologie und stellen Testwafer zur
Verfügung, die am Fraunhofer ISE mit dem neuen System metallisiert
werden. Im nächsten Schritt ist geplant, einen noch leistungsfähigeren
Druckkopf zu entwickeln und in das System zu integrieren. Die Arbeiten wurden unter dem Projektnamen
»Gecko« durch das Bundesministerium für Wirtschaft und Energie gefördert
und von den genannten Industriepartnern mitfinanziert. Die Ergebnisse
werden auf dem Metallisierungs-Workshop »Fifth Workshop on Metallization of Crystalline Silicon Solar Cells« am 20./21. Oktober 2014 in Konstanz vorgestellt.
Keine Kommentare:
Kommentar veröffentlichen