Dieses organische Solarmodul ist mit dem neuartigen Rolle-zu-Rolle-Verfahren hergestellt worden.

Bild: Fraunhofer ISE

Produktion von Leiterbahnmustern Neues Verfahren für biegsame Solarzellen und Hochleistungs-PV-Module

02.12.2020

Ob auf dem Hausdach oder in elektronischen Geräten: Solarenergie ist eine der nachhaltigsten Möglichkeiten, um Energie zu gewinnen. Zwei Partner arbeiten an einem innovativen Herstellungsverfahren, das neue Anwendungsgebiete für die Photovoltaik erschließen soll.

Photovoltaik ist ein essenzieller Pfeiler der Energiewende – doch ihr Potenzial ist noch „längst nicht ausgeschöpft“, sagt Ixchen Elias Ilosvay, Wissenschaftlerin an der Fraunhofer-Einrichtung für Mikrosysteme und Festkörper-Technologien EMFT. Für Solarmodule mit höherer Effizienz und neuen Eigenschaften wie optischer Transparenz oder mechanischer Flexibilität braucht es jedoch innovative Herstellungsverfahren.

Einen vielversprechenden Ansatz verfolgen Forschende der Fraunhofer EMFT sowie des Fraunhofer-Instituts für Solare Energiesysteme ISE im gemeinsamen Projekt „Leo“ (Plattform-Technologie zur ressourcenschonenden Fertigung von Leiterbahnen auf großflächigen mit Elektronik bestückten Oberflächen). Sie arbeiten an einem Verfahren, das eine ressourcenschonende und kosteneffiziente Herstellung von großflächigen Leiterbahnmustern ermöglicht. Solche Leiterbahnmuster werden auch für Solarzellen als elektrische Kontakte zur Abführung des Fotostroms benötigt.

Kosteneffizienter und ressourcenschonender Prozess

Die Forschenden nutzen eine dünne laserstrukturierte Aluminiumschicht als Maskierung für die galvanische Abscheidung der elektrischen Leiterbahnen. Der Prozess soll damit nicht nur kosteneffizient, sondern auch umwelt- und ressourcenschonend sein.

„Mit unserer Aluminiummaskierung anstelle des üblicherweise verwendeten Fotolacks zur Strukturierung der Leiterbahnen vermeiden wir organisch verunreinigte Abwässer, die nur sehr aufwendig und kostenintensiv aufgereinigt werden können“, erklärt Dr. Markus Glatthaar vom Fraunhofer ISE. „Aluminium lässt sich relativ leicht aus dem Abwasser filtern, und die geringe Menge, die bei unserem Prozess anfällt, kann man vollständig recyceln.“

Einsatzszenarien für das Verfahren

Mit der Technologie lassen sich biegsame und transparente organische Solarzellen im Rolle-zu-Rolle-Verfahren herstellen, die in unterschiedliche Anwendungen integrierbar sind. So konnte das Team mit der neu entwickelten Prozessfolge bereits 20 µm breite, galvanisch verstärkte Leiterbahnen auf Foliensubstraten für flexible organische Solarzellen herstellen.

Ein zweites Anwendungsszenario zielt auf die Herstellung neuartiger und hocheffizienter Hetero-Junction-Solarzellen ab: Die im Leo-Verfahren entwickelte kalte Metallisierung könnte deren Herstellung künftig deutlich kostengünstiger machen. „Die Metallisierung war bislang ein Knackpunkt, da die Hetero-Junction-Solarzellen den Hochtemperaturprozess, der heute für Standardsolarzellen verwendet wird, nicht vertragen“, erläutert Glatthaar. Der Wissenschaftler hofft, dass sich diese Hochleistungssolarzellen mit dem neuen Herstellungsverfahren schneller am Markt etablieren können.

Persönliche Motivation für mehr Nachhaltigkeit

Ilosvay und Glatthaar verbindet eine starke Motivation, mit ihrer Arbeit zu mehr Nachhaltigkeit beizutragen. „Ich bin in einem tropischen Entwicklungsland aufgewachsen“, erzählt Ilosvay. „Es hat mich geprägt, Dinge wie die Abholzung der Regenwälder, Brände, das Artensterben, Ausbrüche neuer Krankheiten, Hurricanes und Überschwemmungen, aber auch Dürrephasen hautnah miterlebt zu haben.“

Für Glatthaar zeigt der Blick in die Vergangenheit, wie Forschung zur Lösung drängender Umweltprobleme beitragen kann: „Durch die konsequente Einführung entsprechender Technologien konnten das Waldsterben und das Verschwinden der Ozonschicht damals aufgehalten werden. Mit meiner Arbeit an Solarzellen und umweltschonenden Fertigungsprozessen hoffe ich, meinen Beitrag zum Schutz unserer Umwelt leisten zu können.“

Bildergalerie

  • Die kostengünstigen Kupferleiterbahnstrukturen lassen sich beispielsweise in großflächigen elektronischen Bauteilen wie Solarmodulen anwenden.

    Bild: Fraunhofer ISE

  • Das Projekt „Leo“ ist eine Kooperation der Fraunhofer-Einrichtung für Mikrosysteme und Festkörper-Technologien EMFT und des Fraunhofer-Instituts für Solare Energiesysteme ISE.

    Bild: Fraunhofer ISE

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