LFC-Prozess: Höherer Wirkungsgrad – billigere Herstellung
Mittels Laser-Technik lassn sich Solarzellen mit einem höheren Wirkungsgrad herstellen. Sie ersetzt bisher erforderliche aufwändige Bearbeitungsschritte. Forscher vom Fraunhofer ISE haben ein Verfahren zur Laserkontaktierung der Solarzellenrückseite entwickelt, das in bestehende Produktionslinien für Siebdrucksolarzellen integriert werden kann. Mit der neuen Technik können die Zellen kostengünstiger hergestellt werden.
Bei rückseitenkontaktierten Solarzellen erfolgt die gesamte Metallisierung auf der Rückseite, sodass die dem Licht zugewandte Seite frei von Verschattung ist. Ein hocheffizienter Laserprozess erzeugt pro Sekunde mehrere Tausend sogenannte Vias. Durch diese wird der an der Vorderseite von Emitter-Wrap-Through- (EWT)-Solarzellen gesammelte Strom durch hochdotierte Siliziumbereiche zur Rückseite geführt.
Während früher für die Strukturierung der Kontaktöffnungen von Funktionsschichten oft noch mehrere aufeinanderfolgende Bearbeitungsschritte mit photo-lithographischen und nass-chemischen Prozessen und anschließender Temperung erforderlich waren, kann dies nun durch einen einzigen Laserarbeitsschritt erfolgen. Eine neu entwickelte Anlage setzt innerhalb von wenigen Sekunden auf der Rückseite einer Zelle im Standardformat 100.000 Kontaktpunkte. Diese Anlage für den sogenannten Laser-fired-Contact (LFC) Prozess wurde bei einem Hersteller erprobt und dort 2012 in die Serienfertigung integriert.
Der LFC-Prozess wird zur Herstellung von sogenannten PERC-Solarzellen (Passivated Emitter and Rear Contact Cell) eingesetzt, die Wirkungsgrade von über 20 % erreichen. Diese Silizium-Solarzellen sind auf der Rückseite mit dielektrischen Schichten passiviert und werden danach lokal kontaktiert. Bei diesen Zellen reduziert die Passivierung, die heute meist aus einem 100 nm dicken Schichtensystem aus Aluminumoxid und Siliziumnitrid besteht, die optischen und elektrischen Verluste; dadurch steigt die Ausgangsleistung relativ um bis zu 5 %.
Laser in der PV-Produktion
Laser werden als wichtige Werkzeuge in der Solarzellen-Herstellung für folgende Arbeitsschritte eingesetzt:
- Strukturierung und gezielte Öffnung von Anti-Reflex- und Passivierungsschichten
- Selektive Erhöhung der Dotierung im Bereich der Kontaktfinger
- Kontaktieren, Löten und Schweißen von Zellverbinderbändchen in Solarmodulen
- Kantenisolation (elektrische Trennung von Vorder- und Rückseite nach der Dotierung)
- Hochrate-Bohren für Zellkonzepte wie Metal Wrap-Through (MWT) und Emitter Wrap-Through (EWT)
- Schneiden von Wafern und Zellen
- Markieren von Solarzellen
Laser Fired Contact- Prozess – Der LFC-Prozess vereinfacht die sonst aufwendige Kontaktierung der Zellrückseite. Er stellt effizient und schonend punktförmige Kontakte zwischen dem Silizium und der Metallisierungsschicht über der Passivierung her. Die Kontaktierung erfolgt in drei Prozessschritten: Nach der dielektrischen Passivierungsschicht wird eine Aluminiumschicht aufgebracht, anschließend öffnet der Laser durch die Passivierung hindurch die Kontaktpunkte. Dabei wird das Aluminium der Siebdruckpaste mit dem darunterliegenden Silizium umgeschmolzen und erzeugt innerhalb der laserkontaktierten Fläche einen hochdotierten Bereich. Seine Tiefe kann durch die Anpassung des Laserprozesses eingestellt werden.
Laserprozess für Siebdruckzellen angepasst – Für die Entwicklung des LFC-Verfahrens wurden Ralf Preu, Jan Nekarda und Martin Graf vom Fraunhofer ISE 2014 mit dem ersten Preis des internationalen Innovation Award Laser Technology ausgezeichnet. Ausschlaggebend für den Erfolg war, dass sie den Laserprozess zur Rückseitenkontaktierung auf die speziellen Erfordernisse von industriellen PERC-Zellen angepasst und in die Produktion überführt hatten.
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