Die Firma PV2+, eine Ausgründung des Fraunhofer-Instituts für solare Energiesysteme (ISE), hat ein Verfahren entwickelt um Silberverknappung durch Solarzellen-Produktion zu vermeiden.
Die globale Photovoltaikindustrie verbraucht bereits 15 Prozent des gesamten Silbers, das jährlich in den Minen weltweit abgebaut wird – womit ein weiterhin rasanter Anstieg der Solarzellen-Produktion einen Engpass an Silber bescheren könnte.
Ein Spin-off des Fraunhofer-Instituts für Solare Energiesysteme (ISE) setzt nun auf Kupferkontakte. Das Unternehmen trägt den Namen PV2+, wobei die „2+“ für zwei positiv geladene Kupferionen im Galvanikbad steht. Kupfer kostet im Vergleich zu Silber nur ein Hundertstel und ist in viel größeren Mengen verfügbar. Die pro Jahr abgebaute Menge an Kupfer lag zuletzt 8000-mal so hoch wie die Silbermenge.
Zwar hatte einst schon BP Solar Module mit Kupferkontakten auf den Markt gebracht, doch wegen diverser Unzulänglichkeiten verschwand die Technik bald wieder. Zum Beispiel lösten sich die Leiterbahnen allzu schnell vom Wafer ab. Zudem hat Kupfer das Problem, dass es bei direktem Kontakt in das Silizium diffundiert und so die Funktion der Zelle schädigen kann. „Man braucht eine Diffusionsbarriere“, sagt Markus Glatthaar, einer der vier Gründer von PV2+. Eine solche habe man mit Indiumzinnoxid gefunden, das mittels Sputterns auf den Wafer aufgebracht wird.
PV2+: Aluminiumoxid als Schlüssel zum Erfolg
Trägt man anschließend die Leiterbahnen aus Kupfer galvanisch auf, müssen zuvor all jene Areale der Zelle mit einer elektrisch isolierenden Schicht maskiert werden, die nicht mit Kupfer belegt werden sollen. Dafür wurden bisher teure und aufwändig zu entsorgende Lacke oder Folien auf Polymerbasis eingesetzt. Bei PV2+ suchte man nach Alternativen und landete bei Aluminium. Zwar taugt dieses als elektrisch leitender Stoff eigentlich gar nicht zur Maskierung, doch die Forscher fanden einen Weg, um an der Oberfläche des Metalls eine isolierende Oxidschicht auszubilden, die zuverlässig isoliert. „Für den Erfolg unseres Forschungsprojekts war dies ein wichtiger Meilenstein“, sagt Glatthaar.
Hinzu komme eine bessere Stromausbeute, denn die Leiterbahnen aus Kupfer ließen sich dank der Laserstrukturierung schmaler auftragen als jene aus Silber im Siebdruck. Sie sind nur 19 Mikrometer breit und verschatten damit weniger Solarzellen-Fläche als ihre Pendants aus Silber. „Dadurch erhöhen wir den Wirkungsgrad der Zellen um etwa einen halben Prozentpunkt“, sagt Glatthaar.
27.4.2023 | Autor: Bernward Janzing
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