Kupfer statt Silber

Technik

Forschung - Die deutsche PV-Branche hat mit Preisdruck und schwer planbaren Förder-Änderungen zu kämpfen. Es muss an den Kosten gedreht werden, um wettbewerbsfähig zu bleiben.

26. September 2011

Bisher wird in industrieller Fertigung von Solarzellen hochleitfähiges Silber zur elektrischen Kontaktierung der Zellen verwendet. Würde Kupfer genutzt, könnten die Fertigungskosten um bis zu 10% sinken, so Schott Solar. Auch wäre es möglich, die Zelleffizienz weiter zu steigern, indem Prozess- und Fertigungsschritte optimiert würden.

Kosten- und Effizienzsteigerungen sind für die deutsche Solarbranche wichtig auch um den Anschluss an den sich verändernden Weltmarkt nicht zu verlieren. Laut European Photovoltaic Industry Association (EPIA) wurden in Deutschland 2010 gut 7,4GW Leistung installiert. Der Zubau geht aber bis 2015 auf rund 3GW zurück. Damit schrumpft der Markt jährlich um 16,5%. Globales Wachstum wird weitgehend in USA und in Asien stattfinden.

Davon werden in der deutschen Photovoltaikindustrie keineswegs alle profitieren, so das Beratungsunternehmen Oliver Wyman. Lediglich die Ausrüster könnten mit ihrer Kompetenz bei Technologie- und Produktionsentwicklung weiter trumpfen. Hingegen bestehe für nahezu alle deutschen Zellen- und Modulhersteller akuter Handlungsdruck.

„Die Unternehmen auf dem Solarmarkt sind sicher einem großen Preisdruck ausgesetzt. Dennoch sind wir optimistisch. Wir blicken bei Schott Solar aktuell auf ein sehr gutes erstes Halbjahr in Deutschland zurück“, so der Unternehmenssprecher des Schott Konzerns Klaus Bernhard Hofmann. „Zuversichtlich stimmen auch neue Großaufträge wie der kürzlich geschlossene Vertrag über die Lieferung von 67.000 PV-Modulen nach Thailand.“

Um die Kosten für Solarenergie weiter zu senken und so wettbewerbsfähig zu bleiben, seien Forschungsprojekte sehr wichtig. „Forschungsbedarf gibt es auf vielen Feldern. Dazu gehört etwa die Leistungsfähigkeit von Solarzellen, das Verwenden günstigerer Materialien aber auch das Weiterentwickeln von Produktionsmethoden, damit immer dünnere Wafer in der Fertigung prozessiert werden können.“

Das Unternehmen sei auf allen wesentlichen Forschungsfeldern aktiv. Unter dem Namen Las VeGaS etwa entwickelt es mit den Projektpartnern Rena als Ausrüster und CiS als Forschungsinstitut für Mikrosensorik und Photovoltaik ein neues Verfahren, um Siliciumsolarzellen mit Kupfer statt Silber zu metallisieren. Nicht ganz so klingend und ausgeschrieben heißt es ›Langzeitstabile Vorderseiten-Metallisierung auf Basis Umweltfreundlicher Galvanischer Schichten‹. Das Projekt wird vom Bundesbildungsministerium (BMBF) innerhalb der ›Innovationsallianz Photovoltaik‹ mit insgesamt 1,8Mio.€ gefördert.

„Ziel ist eine Metallisierungstechnologie, welche im Idealfall ohne Silber auskommt. Dadurch wäre es möglich, die Kosten deutlich zu senken“, so Kaspar Breuer, Project Manager Research & Development Solar Cells bei Schott Solar. Die Einsparungen seien umso größer, je stärker der Silberpreis steigt. „Laut einer Untersuchung von Bloomberg New Energy Finance werden heute elf Prozent des Silbers durch die Photovoltaik verbraucht. Das Projekt soll dazu beitragen, Alternativen zur Verfügung zu stellen.“

Das Projektkonsortium wird einerseits Grundlagenforschung betreiben und andererseits Lösungen zur Prozessintegration und Automatisierung entwickeln. Im ersten Schritt sollen wissenschaftliche Fragen geklärt werden.

Sie betreffen insbesondere die Abscheidung von Kupfer auf bestehende Zellarchitekturen und die Verschaltung einzelner Zellen zu einem Modulverbund. Bei der Verwendung von Kupfer auf Silicium-Flächen gilt es zu beachten, dass Kupfer die Ladungsträgerlebensdauer der Elektronen-Lochpaare und damit den Wirkungsgrad einer Zelle reduziert.

„Eine langzeitstabile Diffusionsbarriere zwischen Kupfer und Silicium ist daher unabdingbar. Auch während des Produktionsprozesses sollte der kupferhaltige Elekrolyt nur mit den Zelloberflächen in Kontakt kommen, bei denen es nicht vermeidbar ist“, so Breuer.

Die Technologie soll sowohl für mono- als auch polykristalline Zellen einsetzbar sein. „Der Prozess wird für beide Zelltypen parallel entwickelt.“ Der Fokus bei der Kontaktierung liegt auf der Vorderseitenmetallisierung.

Ziel ist es, eine Zellstruktur zu entwickeln, die Leistungsfähigkeit mit mechanischer Stabilität verbindet. „Wir haben erste Zellen mit der neuen Inline-Technologie von Rena hergestellt. Diese Prototypen sind vielversprechend und sollen nun in Testmodulen verbaut werden.“ Diese sollen in einem Outdoor-Test ihre Langzeitstabilität unter Beweis stellen. Die Ergebnisse werden dann im zweiten Schritt in die Produktion übertragen. Das heißt, die entsprechende Anlagentechnik muss entwickelt werden, um ein Höchstmaß an Automatisierung in der Fertigung zu erzielen.

20 % Wirkungsgrad

Weltrekord für Solarzelle

Schott Solar hat die weltweit erste monokristalline Siebdruck-Solarzelle im Format 156 x 156mm mit 20,2% Wirkungsgrad hergestellt. Basis war, entwickelte neuartige multikristalline Zellkonzepte auf monokristalline Wafer zu übertragen. Um dann den Sprung über 20% zu schaffen, optimierten die Entwickler die Zellenvorderseite. Mit der Schmid Group kombinierten sie deren produktionstechnisch etablierte selektive Emittertechnologie mit der passivierten Rückseiten-Technologie von Schott.