Laserlöten in der Solarmodulherstellung
Derzeit werden Solarzellen in der Modulherstellung durch das Herstellen von Lötverbindungen und die Handhabung der verlöteten Solarzellen (Strings) thermisch und mechanisch belastet. Waferbasierte Solarzellen werden in Zukunft immer dünner und dadurch bruchempfindlicher. Die Handhabung und das Laminieren von verlöteten Strings wird schwieriger. Wir stellen hier das am ISFH entwickelte In-Laminat-Laserlöt (ILL)-Verfahren vor, welches das Handling von Strings bei der Modulherstellung vermeidet.
Laserlöten ist eine Verbindungstechnik, die keine mechanischen Belastungen auf die Solarzellen ausübt und die thermischen Spannungen klein hält. Der Laserstrahl erzeugt im Bruchteil einer Sekunde eine mechanisch und elektrisch stabile Lötverbindung zwischen Verbinder und Solarzelle. Die Wellenlänge des Lasers wird so ausgesucht, dass das aus Frontglas, Ethylen-Vinyl-Acetat (EVA) und einer speziellen transparenten Rückseitenfolie bestehende Laminat das Laserlicht nicht absorbiert. Dadurch ist sogar ein Löten der Solarzellen im Laminat möglich. Dieses Verfahren eröffnet völlig neue Möglichkeiten in der Modulherstellung. Solarzellen können mit einem "Pick and Place" Verfahren an die endgültigen Positionen im Modul gebracht werden und anschließend auf oder zwischen den Laminierfolien liegend vor oder nach dem Laminierprozess mit dem Laser gelötet zu werden. Das Stringhandling entfällt dadurch vollständig. Abb.1 zeigt den Herstellungsablauf des Laserlötens am Beispiel eines Moduls mit rückseitig kontaktierten Solarzellen, die gegenwärtig am ISFH entwickelt werden.
Am ISFH wird das Laserlöten mit einem Diodenlaser (980 nm) untersucht. Die Strahlung des Lasers wird über eine wassergekühlte Faser auf einen Bearbeitungskopf (s. Abb. 2) geführt. Eine Spiegeloptik lenkt den Laserstrahl auf die zu bearbeitende Oberfläche. Im Bearbeitungskopf befindet sich eine CCD-Kamera zur Strahlpositionierung. Die Laserleistung wird über ein ebenfalls im Bearbeitungskopf angebrachtes Pyrometer geregelt. Dadurch läuft der Lötprozess unter reproduzierbaren Bedingungen ab.
Auf Industriesolarzellen haben wir mit diesem Verfahren verzinnte Verbinder gelötet, ohne die Zellparameter zu beeinflussen. (s. Abb. 3). Die Lötzeit beträgt ca. 0,3 s/Lötpunkt. Auf Silberschichten, wie sie bei den Rückkontaktsolarzellen [1] des ISFH Verwendung finden, ergeben sich Verbindungswiderstände von ca. 0,1 mΩcm2 und eine Abreißkraft von ca. 20 N/cm. Solche Werte erreicht man auch durch konventionelle Lötungen. Die Verbindungen zeigen keinen Widerstandsanstieg nach 100 Humidity-Freeze-Zyklen im Alterungstest.
Laserlöten hat durch den lokal begrenzten Wärmeeintrag und dem wesentlich geringeren Aufwand beim Stringhandling ein großes Potenzial, bruchempfindliche Solarzellen auf hohem Qualitätsniveau und hoch automatisiert zu verbinden.
--- Literaturhinweis: [1] Engelhart P., Teppe A., Merkle A. , Grischke R., Meyer R., Harder N.-P., Brendel R., The RISE-EWT solar cell – A new approach towards simple high efficiency silicon solar cells, Proc. 15th PVSEC, Shanghai, China, p. 802-803 (2005)
