Produktionsprozesse
Etwa 80% der heutzutage weltweit industriell produzierten Solarzellen verwenden einen relativ einfachen Herstellungsprozess mit siebgedruckten Metallkontakten und mulikristalline oder monokristalline Silizium Wafer. Die damit erzielten Wirkungsgrade liegen im Bereich von 17% - 18,5%.
Die Arbeitsgruppe Produktionsprozesse hat am ISFH einen industrietypischen Referenzprozess implementiert mit monokristallinen 156 x 156 cm2 großen Silizium Wafern und Wirkungsgraden um 18,5%. Ausgehend von diesem Referenzprozess werden verbesserte Herstellungsprozesse entwickelt mit dem Ziel, den Wirkungsgrad der Solarzellen zu steigern bei möglichst gleichbleibenden oder sogar niedrigeren Herstellungskosten, um in naher Zukunft die stromgestehungskosten von Solarmodulen zu senken. Die Entwicklungsarbeiten erfolgen dabei überwiegend in Zusammenarbeit mit Firmen aus der Photovoltaikindustrie, um eine schnelle Überführung der neuen Prozesse in die Produktion zu ermöglichen.
Die Arbeitsschwerpunkte der AG Produktionsprozesse sind insbesondere:
Gruppenleiter
Dr. Thorsten Dullweber
Tel.: +49(0)5151-999 638
E-Mail: t.dullweber@isfh.de
Feinlinien Siebdruckmetallisierung
Die Vorderseite der Solarzellen wird typischerweise mittels Siebdruck von Silberpasten kontaktiert. Die Arbeiten fokussieren sich insbesondere darauf, die Breite der Fingerkontakte zu verringern, um somit die Abschattung der Zelle zu verringern und den Wirkungsgrad zu steigern bei gleichzeitig verringertem Silber Verbrauch. Aktuell steht hierbei die Verbesserung des Standardsiebdruckprozesses im Vordergrund sowie die Optimierung von Print-on-Print und Schablonendruck Verfahren mit Fingerbreiten kleiner 50 µm.
Feinliniensiebdruck am DEK Eclipse Drucker
Selektiver Emitter
Für den Solarzellenwirkungsgrad ist es vorteilhaft, den Strom sammelnden Emitter auf der Vorderseite in verschiedenen Bereichen unterschiedlich stark zu dotieren, um somit einerseits einen guten elektrischen Kontakt der Metallfinger zu ermöglichen und anderseits die Ladungsträgerrekombination in den Zwischenfingerbereichen zu minimieren. In der Gruppe Produktionsprozesse werden verschiedene Herstellungsvarianten eines solchen selektiven Emitters entwickelt und auf den Standardprozess angewendet.
Nasschemische Prozesssierung von Silizium Wafern in der RENA Batch Lab Anlage
Rückseitenpassivierung
Bei heutigen Industriesolarzellen wird die Rückseite vollflächig mit Aluminium metallisiert. Das sogenannte PERC (Passivated Emitter and Rear) Zellkonzept verwendet dagegen eine dielektrische Rückseitenpassivierung, bei der die Zellrückseite nur noch lokal durch das Aluminium kontaktiert wird. Diese modifizierte Zellrückseite verringert die Ladungsträgerrekombination und verbessert gleichzeitig die Optik der Solarzelle, welches erhebliche Wirkungsgradsteigerungen ermöglicht. In Zusammenarbeit mit Industriepartnern werden kostengünstige Prozesse entwickelt, um das vielversprechende PERC Zellkonzept aus dem Labor in die Industrie zu überführen.
SINGULAR SiN-Beschichtungsanlage im ISFH Technikum
Hochratenaufdampfen von Aluminium
Eine alternative zur Metallisierung mittels Siebdruck ist das Aufdampfen von Aluminium. Die besseren elektrischen Eigenschaften von reinem, aufgedampftem Aluminium können den Materialverbrauch gegenüber den üblichen Siebdruckpasten um bis zu 90% reduzieren und somit potentiell die Herstellungskosten senken. Im Fokus stehen hier die Entwicklung eines produktionstauglichen Anlagenkonzeptes sowie die Lötfähigkeit der Aluminiumschichten für die spätere Modulverschaltung zu erzielen.
Probenentnahme an der Aluminium Aufdampfanlage ATON