Auf gutem Weg zur leistungsstarken Solarzelle

Alternative Energie zum Preis konventioneller Energie anzubieten – das ist ein Ziel der Energiewende. Auch die Forschungsinitiativen „DiaCell“ und „MechSi“ am Fraunhofer-Center für Silizium-Photovoltaik in Halle (Saale) leisten dazu ihren Beitrag.  

Ein großes Solarmodul empfängt die Gäste des Fraunhofer-Centers für Silizium-Photovoltaik CSP in Halle (Saale). Das CSP ist eine Top-Adresse, wenn es um angewandte Forschung in den Bereichen Siliziumkristallisation, Wafer-Fertigung, Solarzellencharakterisierung und der Modultechnologie geht. Neue Technologien, Herstellungsprozesse und Produktkonzepte entlang der gesamten photovoltaischen Wertschöpfungskette werden hier entwickelt.

Kürzlich fand am CSP die internationale Fachkonferenz „PV Days“ statt. Themen waren unter anderem die „Modulzuverlässigkeit“, „Modulentwicklung“ und „innovative Waferingtechnologien“. Die Unternehmen-Region-Forschungsinitiativen „DiaCell – Innovative Waferingtechnologien vom Substrat bis zum Photovoltaikmodul“ und „MechSi – Mechanik von Werkstoffen der Photovoltaik“ ordnen sich hier inhaltlich bestens ein.

Diamantdraht sägt doppelt so schnell

„Unsere bisherigen Forschungsergebnisse wurden vom Publikum interessiert aufgenommen und diskutiert“, sagte Stephan Schönfelder, Koordinator des Inno-Profile-Transfer-Verbundprojektes DiaCell. „Die Technologie des Schneidens hauchdünner Silizium-Wafer mittels einer Diamantdraht-Säge zeigt deutliche Veränderungen der mechanischen Wafereigenschaften, die aber in der fertigen Solarzelle bisher keine Probleme machen“, betont der Wissenschaftler und ergänzt, dass die Diamantdraht-Säge doppelt so schnell ist wie das herkömmliche Drahtsägeverfahren.

Gleichzeitig hat der Forschungsverbund auch die Bruchrate im Blick – und dabei die metallischen Kontakte als kritische Stellen im Fokus. Schönfelder zeigt die Rückseite einer Solarzelle. Auf den Silizium-Wafer wurden eine Aluminiumschicht und Silberpads aufgebracht. „Bei bis zu 900 Grad Celsius werden die unterschiedlichen Materialien miteinander verbunden; das führt zu Eigenspannungen. Als Schwachstellen wurden von uns die Überlappungen von Aluminium und Silber identifiziert“, erklärt er. Derzeit experimentiert der Forschungsverbund mit verschiedenen Mixturen der Metallisierungen. Die Herausforderung dabei: Jeder neue Ansatz muss die gesamte Wertschöpfungskette durchlaufen. Denn wenn an einer Stelle ein positiver Effekt erzielt wird, könne es an anderer Stelle negativen Einfluss auf die Festigkeit der Solarzelle geben.

Halbe Zellen leisten ganze Arbeit

Geht es um die Anfälligkeit der Solarzelle gegenüber mechanischen und elektrischen Beschädigungen, kommt die InnoProfile-Transfer-Stiftungsprofessur „MechSi“ ins Spiel. „Ein so großes Modul wie das im Foyer kann in architektonisch anspruchsvollen Anwendungen zum Einsatz kommen“, sagt Jens Schneider. Er leitet das Unternehmen Region-Forschungsprojekt. „Wir sind nicht die ersten, die Module mit halbierten Solarzellen testen. Denn mit halben Zellen kann ein Gewinn von sechs Watt pro Modul erreicht werden, weil sie weniger elektrische Verluste haben“, sagt der Wissenschaftler.

Neu und für die Patentierung angemeldet sei das Laser-Verfahren, mit dem die Zellen geteilt werden. Vereinfacht ausgedrückt: Herkömmlich wird der Wafer mittels Laser eingeritzt und dann durch Biegen durchgebrochen. Im neuen Verfahren wird der Wafer erst gebogen und dann vom Laserstrahl durchtrennt. Dieser Prozess könne automatisch, in einer kleineren Anlage und viel schneller verlaufen, erklärt Jens Schneider. Die weitergehende Forschung, so der Wissenschaftler, konzentriere sich auf die Schnittkanten; das seien die Schwachstellen von halben Zellen. Wie stark sind die Schädigungen? Wie können sie behoben werden? – Antworten auf diese Fragen hat sich MechSi als nächste Meilensteine auf dem Wege zur leistungsstarken und effizienten Solarzelle vorgenommen.

Bildunterschrift: Stephan Schönfelder (links) und Jens Schneider vor einem großflächigen Modul aus Solarzellen. (Foto: PRpetuum GmbH)

Quelle: www.unternehmen-region.de