Solarzellen: Aluminiumfolie ermöglicht flexible Verschaltung
Höhere Wirkungsgrade, weniger Silberverbrauch: Mitarbeitende des Fraunhofer ISE haben ein neues Verfahren zur Verbindung von Solarzellen entwickelt.
Das FoilMet-Verfahren ermöglicht eine flexiblere und ressourcensparende Verschaltung von Solarzellen (im Bild: String aus Schindelzellen).
Foto: Fraunhofer ISE
Die sogenannte „FoilMet-Technologie“ kommt ohne leitfähigen Klebstoff oder Lot aus und ermöglicht neben einer gekrümmten Auslegung des Strings sowohl eine Anordnung als geschindelte Zellen, als auch das in der Massenproduktion übliche „Nebeneinanderlegen“. Somit eignet sich die Verbindungstechnik für spezialisierte Nischenanwendungen ebenso wie für den Massenmarkt.
Silber gespart: keine Busbars und Lötpads für die Verschaltung nötig
Verbunden werden die Zellen mit einem dünnen Streifen Aluminiumfolie. Den Forschenden des Fraunhofer ISE ist es gelungen, diese Folie mittels eines speziellen Laser-Mikroschweißprozesses direkt mit den Leiterbahnen zu verbinden und im Zwischenfingerbereich an die Siliziumnitrid-Oberfläche zu bonden. Das ganze Verfahren dauert weniger als eine zehntel Sekunde pro Wafer. Aufgrund der sehr niedrigen Kontaktwiderstände zwischen Folie und Elektroden sind höchste Modulwirkungsgrade möglich. Der Clou: Das Verfahren benötigt nicht mehr die sonst für die Verschaltung notwendigen Silber-Busbars und -Lötpads. Je nach Elektrodenlayout könne durch den Einsatz der Aluminiumfolie bis zu 30 % Silber eingespart werden, so das Forscherteam. Zusätzlich werden die mit Blei-haltigem Lot ummantelten Kupferverbinder oder der silberhaltige Klebstoff durch günstigeres Aluminium ersetzt.
Kleiner Widerstandsverlust – höhere Spannung
Weiterentwicklungen in der Wafer-Herstellung führen in der Solarindustrie seit Jahren zu immer größeren Formaten. Daher ist es mittlerweile Industriestandard die großen Zellen zu zerteilen. „Verschaltet man viele kleine Zellen anstelle von wenigen Großen, wird der darin generierte Strom und Widerstandsverlust kleiner und die Spannung größer. Trotz dieser vorteilhaften Eigenschaften ist ein Solarmodul aus vielen kleinen Zellen aufwendiger und teurer in der Verschaltung“, erläutert Jan Paschen, Doktorand der Gruppe Laserprozesstechnologie am Fraunhofer ISE. Die FoilMet-Technologie könne helfen diese Kosten zu reduzieren.
Folientechnik für Nischenanwendungen und Massenmarkt interessant
Die Befestigung der Folie im Zwischenfingerbereich führt zu einer sehr starken mechanischen Haftung, die über die Festigkeit der Metallfolie hinausgeht. Die hohe mechanische Flexibilität der Folie erlaubt sowohl das Verschalten in Schindelbauweise, bei dem die Solarzellen einen leichten Überlappt bilden, wie auch die Anordnung der Zellen direkt nebeneinander. In beiden Fällen sind sehr kleine Biegeradien des Strings möglich. Das Verschaltungsverfahren kann gleichermaßen für PERC- und TOPCon Solarzellen eingesetzt werden. „Das faszinierende an unserer Technologie ist, dass sie aufgrund der geringen elektrischen Widerstände und der Möglichkeit zum Schindeln hohe Modulwirkungsgrade und Ästhetik verspricht und zusammen mit der sehr hohen mechanischen Flexibilität des Strings für Nischenanwendungen in der integrierten Photovoltaik prädestiniert erscheint. Außerdem macht das hohe Potenzial zur Kosten- und Materialeinsparung das Verfahren zusätzlich interessant für den PV-Massenmarkt“, so Dr. Jan Nekarda, Abteilungsleiter Strukturierung und Metallisierung am Fraunhofer ISE.
Als nächstes plant das Forschungsteam den Aufbau einer Pilotanlage, um größere Stückzahlen reproduzierbar herstellen zu können. Gleichzeitig wird die Technologie im Modul erste Gebrauchsdaueranalysen durchlaufen. Dies ist umso wichtiger, da mit Aluminium kein Standardmaterial für die Verschaltung eingesetzt wird.
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