Wissenschaftlerinnen und Wissenschaftler des Fraunhofer-Instituts für Solare Energiesysteme ISE haben silberarme Silizium-Heterojunction-Solarzellen (SHJ) hergestellt. Diese SHJ-Solarzellen haben einem Silberbedarf von 1,4 Milligramm pro Watt. Das ist in etwa ein Zehntel dessen, was aktuell in der industriellen Produktion Standard ist. Um das zu erreichen, ersetzten die Forscher:innen das Silber in der Metallisierungspaste für die Vorderseite der Solarzellen zum Teil und für die Rückseite komplett durch Kupfer. Zudem sorgt ein optimierter Druckprozess zusätzlich für besonders feine Metallkontakte. Ferner erreichten die Kupfer-metallisierten SHJ-Solarzellen einen höheren Wirkungsgrad als Referenzzellen mit Silber-Kontakten.

Um PV-Produktion im Multi-Terawatt-Maßstab zu ermöglichen, müssen Solarzellen- und Modulhersteller ihren Silberverbrauch erheblich senken. Im Jahr 2024 entfielen bereits 32 Prozent des weltweit industriell genutzten Silbers auf die weiterhin wachsende PV-Industrie. Um langfristig nachhaltig produzieren zu können, haben Forscher:innen 2 Milligramm Silberbedarf je Watt Leistung als Ziel für die globale PV-Produktion errechnet. Diese Grenze zu unterbieten, gelang Wissenschaftlerinnen und Wissenschaftlern des Fraunhofer ISE nun erstmals für mittels Siebdrucks metallisierte Solarzellen.

Silberarme Silizium-Heterojunction-Solarzellen durch optimiertes Feinliniendruckverfahren

„Dank der ausbalancierten Kombination aus Silber-Kupfer-Paste auf der Vorderseite und reiner Kupfer-Paste auf der Rückseite in Verbindung mit einem optimierten Feinliniendruckverfahren konnten wir hocheffiziente Silizium-Heterojunction-Solarzellen mit einem minimalen Silberverbrauch von nur 1,4 Milligramm Silber pro Watt Peak herstellen,“ sagt Sebastian Pingel, wissenschaftlicher Mitarbeiter am Fraunhofer ISE. „Die Solarzellen erreichten in unserem Experiment sogar einen höheren Wirkungsgrad als die rein silbermetallisierten Referenzzellen.“

Das Forschungsergebnis ist Teil des Verbundprojekts „HIT – Hochqualitative innovative Druckformen zur Metallisierung von Silicium-Heterojunction Solarzellen“, gefördert durch das Bundesministerium für Wirtschaft und Klimaschutz BMWK. Dabei ist als Industriepartner der Solarzellen- und -modulhersteller Meyer Burger Germany GmbH am Projekt beteiligt.

Um die Zusammenstellung der Metallisierungspasten und der Siebkonfigurationen für den Druck der Kontakte zu optimieren, führte das Forschungsteam zu Beginn umfangreiche Simulationen mit dem eigens entwickelten Simulationstool GridMaster durch. „Dabei wurde klar, dass die Feingewebe-Siebe eine ebenso große Rolle spielen für einen effizienten Silbereinsatz, wie die Metallisierungspaste selbst“, sagt Andreas Lorenz, Projektleiter am Fraunhofer ISE. „Mit neuartigen, ultrafeinen Maschensieben konnten wir eine Feinlinien-Vorderseitenmetallisierung mit Öffnungen bis zu 17 Mikrometern fein drucken. Dünner als ein menschliches Haar.“

Ferner können Besucherinnen und Besucher der Messe The Smarter E / Intersolar in München sich die größtenteils kupfermetallisierte Solarzelle vom 7. bis 9. Mai 2025 am Stand A1.440 des Fraunhofer ISE in Halle A1 anschauen.

Quelle: Fraunhofer ISE | solarserver.de © Solarthemen Media GmbH