6. Oktober 2022 Emiliano Bellini

Deutsche Forscher Fraunhofer-Institut für Solare Energiesysteme (ISE) haben eine Technik entwickelt, die als „FlexTrail-Druck“ bekannt ist – ein Metallisierungsverfahren zum Drucken von auf Silbernanopartikeln basierenden Frontelektroden auf buslose Silizium-Heterojunction (SHJ)-Solarzellen.

„Aktuell arbeiten wir an einem FlexTrail-Paralleldruckkopf, der eine schnelle, zuverlässige und präzise Verarbeitung von hocheffizienten Solarzellen ermöglicht“, sagt Forscher Jörg Schube. Foto Magazin. „Aufgrund des sehr geringen Flüssigkeitsverbrauchs erwarten wir positive Auswirkungen auf die Kosten und den ökologischen Fußabdruck der Photovoltaiklösungen.“

Der FlexTrail-Druck kann das präzise Auftragen von Trägern unterschiedlicher Viskositäten mit äußerst präziser und minimaler Strukturbreite ermöglichen.

„Es hat sich gezeigt, dass es sowohl eine effiziente Silberausnutzung als auch einen einheitlichen Kontakt und einen geringen Silberverbrauch bietet“, sagten die Wissenschaftler. „Aufgrund seiner Einfachheit und Prozessstabilität hat es zudem das Potenzial, die Zykluszeiten pro Zelle zu reduzieren und ist damit prädestiniert für den zukünftigen Labor-to-Factory-Transfer.“

Bei der Technik wird eine sehr dünne, flexible Glaskapillare mit Flüssigkeit bei Atmosphärendruck von bis zu 11 bar gefüllt. Während des Druckvorgangs ist die Kapillare mit dem Substrat in Kontakt und schleift kontinuierlich daran.

„Die Flexibilität und Biegung der Glaskapillare ermöglicht eine zerstörungsfreie Bearbeitung“, sagten die Wissenschaftler und stellten fest, dass das Verfahren auch das Drucken gekrümmter Strukturen ermöglicht. „Außerdem gleicht es mögliche Welligkeiten des Untergrunds aus.“

Das Forschungsteam fertigte Einzelzellenmodule unter Verwendung der SmartWire Connection Technology (SWCT), einer Mehrdraht-Verbindungstechnologie, die auf Kupferdrähten basiert, die mit einer Niedertemperatur-Lötlegierung beschichtet sind.

„Normalerweise werden die Drähte in eine Polymerfolie eingebettet und mit einem automatisierten Seil an der Solarzelle befestigt. Die Lötverbindung wird während eines anschließenden Laminierungsprozesses gebildet, der bei einer Prozesstemperatur durchgeführt wird, die mit dem Silizium-Heteroübergang kompatibel ist“, sagten die Forscher.

Sie druckten die Finger nacheinander mit einer Kapillare, was zu funktionalen Linien auf Silberbasis mit einer Strichstärke von 9 μm führte. Anschließend bauten sie SHJ-Solarzellen mit einem Wirkungsgrad von 22,8 % auf M2-Wafern und stellten mit diesen Zellen ein 200 mm x 200 mm großes Einzelzellenmodul her.

Das Panel erreichte eine Leistungswandlungseffizienz von 19,67 %, eine Leerlaufspannung von 731,5 mV, einen Kurzschlussstrom von 8,83 A und einen Füllfaktor von 74,4 %. Zum Vergleich: Ein im Siebdruck hergestelltes Referenzmodul erreichte einen Wirkungsgrad von 20,78 %, eine Leerlaufspannung von 733,5 mV, einen Kurzschlussstrom von 8,91 A und einen Füllfaktor von 77,7 %.

„FlexTrail hat einen Vorteil gegenüber Inkjet in Bezug auf die Konvertierungseffizienz. Außerdem hat es den Vorteil einer einfacheren und damit kostengünstigeren Verarbeitung, da zum Drucken nur ein Wisch pro Finger erforderlich ist und zudem der Silberverbrauch geringer ist“, so die Forscher auf rund 68 % geschätzt.

Sie präsentierten ihre Ergebnisse in „FlexTrail Printing als direkte Metallisierung mit geringem Silberverbrauch für Silizium-Heterojunction-Solarzellen: Leistungsbewertung von Solarzellen und Modulendie kürzlich in erschienen ist Energietechnik.

„Um den Weg für eine industrielle Anwendung des FlexTrail-Drucks zu ebnen, wird derzeit ein paralleler Druckkopf entwickelt“, schlossen die Wissenschaftler. „In naher Zukunft soll es neben der SHJ-Metallisierung auch für Tandem-Solarzellen, beispielsweise Perowskit-Silizium-Tandems, eingesetzt werden.“