Metallisierung von Silizium-Solarzellen

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1 Metallisierung von Silizium-Solarzellen Universität Stuttgart, Institut für Photovoltaik ipv R. Zapf-Gottwick, L. Hamann, J.H. Werner Berlin, Februar 2012

2 Forschung am ipv (Praktika, Bachelor- & Master-Arbeiten, Promotionen) Photovoltaik - feinere Linien, weniger Paste, keine Giftstoffe Laserdotierung & -metallisierung Silizium-Heterostrukturen, Passivierung Modultechnik, Systemtechnik Messtechnik.

3 Metallisierung von Silizium-Solarzellen Silberfreie Busbar-Pasten Institut für Photovoltaik ipv, Universität Stuttgart R. Zapf-Gottwick, L. Hamann, J.H. Werner Berlin, Februar 2012

4 Silberfreie Busbar-Pasten Jahresweltmarkt in PV Silberverbrauch in PV Silberkosten in PV Herstellungskosten von c-si Solarzellen Entwicklung von silberfreie BB-Pasten Stand der Technik Anforderung an Materialsystem Anforderung an Siebdruckpasten 4

5 Jahresweltmarkt: c-si / Dünnschicht-Module PV-Leistung [MW] PV-Gesamt c-si: 88 % Dünnschicht: 12 % Jahre 5

6 Silberverbrauch bei c-si PV-Modulen Silberverbrauch in PV [t] t Ag-Verbrauch in 2010: 10 % vom Weltmarkt Zeit [Jahre] t Faktor 1000

7 Herstellungskosten von c-si Solarzellen Rohmaterial + Wafer Prozessierung zur Solarzelle Kofeuern SiN Kantenisol. PSG-Ätzen I/V Sortieren Diffusion Textur Inspektion Siebdruck Ag-Kosten Wafer zur Solarzelle: max. Teil: Rohmaterial Prozessierung: ct/wp: Ag-Kosten: 8 ct/wp: 1/3 der Prozessierungskosten! 7

8 Vorderseite Silber-Verbrauch Rückseite Ag-Busbar 1.5 mm Ag-Finger 100 µm Ag-Busbar 2 mm Al 8

9 Vorderseite Busbar G Ag = 80 mg Finger: G Ag = 160 mg Silber-Verbrauch Rückseite G Ag = 100 mg Ag-BB s ersetzen: Ag-Kosten halbiert! 9

10 Anforderung an Siebdruckpasten: Oxidation? Temperatur T [ C] Kontaktformierung Burn-out Zone T peak Ag-Paste SiN x :H n-typ p-typ Prozesszeit t [s] Kofeuern: Al-Paste Einbrennen der Kontakte SiN-Passivierung 10

11 Anforderung an Siebdruckpasten: Oxidation? Temperatur T [ C] Kontaktformierung Burn-out Zone T peak Ag-Paste SiN x :H n-typ p-typ p + -Typ Prozesszeit t [s] Kofeuern: 11 Al-Paste Einbrennen der Kontakte SiN-Passivierung Bildung Al-BSF

12 Verschaltung zu Solarmodulen Glas EVA-Folie (Ethylvinylacetat) Solarzelle EVA Tedlar Lötbänder Haftung der BB-Pasten auf Si Hohe Leitfähigkeit Löten der Bänder auf silberfreie BB-Pasten 12

13 Zusammenfassung Photovoltaik steigert Ag-Verbrauch: 2010 Ag-Verbrauch etwa 10 % der Weltproduktion Ag-Kosten bei Solarzellenherstellung: 8 ct/wp Ersparnis über silberfreie BB-Pasten: 50 % Silber Kostenersparnis: 4 ct/wp Anforderung an silberfreie BB-Pasten Auftrag über Siebdruck Sinterverhalten + geringe Oxidation bei T 800 C Hohe Leitfähigkeit Lötbarkeit 13

14 Vielen Dank für Ihre Aufmerksamkeit! Projekt Silberfreie Busbar-Pasten Zusammenarbeit ipv mit Fa. Solsol: ipv: Solarzellenherstellung + Charakterisierung Fa. Solsol: Pastenherstellung + Modultests 14

15 Materialauswahl: Elektrischer Widerstand relativer Wirkungsgradverlust / [%] Vorderseite Solarzelle 0,2 reines Ag 0,1 Ag-Paste 0,0 reines Ni -0,1 reines Sn -0,2-0,3-0,4-0, spezifischer Widerstand des Busbars bb [ cm] relativer Wirkungsgradverlust / [%] 0,2 0,1 0,0-0,1-0,2-0,3-0,4-0,5 Rückseite Solarzelle Ag Paste reines Ni AgAl Paste reines Sn spezifischer Widerstand des Busbars bb [ cm] Ziel: 0.1 % 15

16 Einfluss Kontaktwiderstand auf Wirkungsgrad Wirkungsgradverlust [% abs ] 0,25 0,20 0,15 0,10 0,05 0, Kontaktwiderstand [ cm 2 ] Elektrolumineszenz: Solarzellen-Vorderseite 16

17 Leitfähigkeit Zn-Pasten Schichtwiderstand [ /sq] Paste A Paste B Ziel (Ag Paste) Frittengehalt [%] 17

18 Silberpreis Silberpreis [ /kg] Jahr 18