Nach rund drei Jahren Forschung an neuartigen Verfahren zur Metallisierung von Solarzellen hat das Konsortium des Forschungsprojektes Rock-Star bewiesen: Die günstigeren Rotationsdruckverfahren lassen sich in der Produktion von Silizium-Solarzellen einsetzen. Die Machbarkeitsstudien zur Flexodruck-Vorderseitenmetallisierung sowie zur Rotationssiebdruck-Rückseitenmetallisierung verliefen positiv. Die Entwickler zeigten auf, dass eine unterbrechungsfreie Metallisierung mit beiden technologischen Ansätzen auf Silizium-Solarzellen im Standardformat (156 mm x 156 mm) umsetzbar ist.
Vorderseitenmetallisierung ohne Unterbrechung
Dem Projektteam gelang es, für busbarlose Aluminium (Al) back surface field (BSF) Solarzellen eine unterbrechungsfreie Feinlinien-Vorderseitenmetallisierung zu realisieren. Zudem ist eine anschließende Drahtverschaltung der Solarzellen möglich. „ Die Solarzellen, die wir im Flexodruckverfahren metallisiert haben, erzielen einen Zellwirkungsgrad von bis zu 19,4 Prozent auf monokristallinem Silizium“, erklärt Andreas Lorenz vom Fraunhofer Institut für Solare Energiesysteme (Fraunhofer ISE). „Wir konnten zudem ein funktionierendes Demonstrator-Modul mit SmartWire-Drahtverschaltung herstellen. Wir sehen ein großes Potential dieser Technologie, welches durch eine konsequente Optimierung der Druckfluide und des Druckprozesses realisiert werden kann.“
Die Forscher testeten auch ein spezielles Rotationsdruckverfahren für die vollflächige Rückseitenmetallisierung von AI BSF-Solarzellen, das Rotationssiebdruckverfahren. In Bezug auf Schichtdicke und Homogenität erzielten die Solarzellen eine vergleichbare Qualität zu Zellen, die im heute üblichen Flachbett-Siebdruck gefertigt wurden. Mit einem Zellwirkungsgrad von 19,4 Prozent erreichten die im Rotationssiebdruck gefertigten Zellen sogar ein etwas besseres Ergebnis als die Referenzzellen mit Flachbettsiebdruck-Rückseitenmetallisierung.
Doppelter Durchsatz dank Rotationsdruck
Nach dem erfolgreichen Abschluss der Vorarbeiten wird nun maschinenbauerisches Neuland betreten und im Rahmen des Verbundprojekts ein Demonstrator für die Hochdurchsatz-Metallisierung mit Rotationsdruckverfahren hergestellt. Die Konzeptarbeit, Konstruktion und letztliche Herstellung der dafür erforderlichen Maschinen liegt in der Verantwortung der ASYS Group und der Gallus Ferd. Ruesch AG. Ziel ist es, dank des Rotationsdruckverfahrens einen Durchsatz von 6.000 bis 8.000 Wafern pro Stunde zu erreichen. Dies wäre eine Verdopplung im Vergleich zu aktuellen Herstellungsverfahren. „Nach den erfolgreichen Vorversuchen wird die Fertigung eines Demonstrators weiter forciert. Anfang nächsten Jahres soll dieser für erste Testreihen zur Verfügung stehen“, erklärt Dr. Friedhelm Hage, Manager Solar Processes bei der ASYS GmbH.
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