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Photovoltaik-Fertigung

Mit dem Laser auf dem Weg zur Netzparität

30. Mai 2011, 14:34 Uhr | Karin Zühlke

Ob Dünnschicht oder kristallines Silizium: Das Rennen um immer mehr Effizienz und mikrometergenaue Strukturen bestimmt den PV-Fertigungsprozess. Dabei setzen die Solarhersteller verstärkt auf Laseranlagen: Der Laser arbeitet berührungslos und ist dabei hochpräzise und schnell.

Mehr Effizienz bei niedrigeren Fertigungskosten: Der Kostendruck in der Photovoltaikindustrie stellt die Hersteller von Produktionsmaschinen vor die Herausforderung, immer neue Technologien und Prozesse in ihre Anlagen zu integrieren. Für den letzten Schritt der kristallinen Solarzellenproduktion, der Kontakt-Metallisierung, gewinnen Laseranlagen zunehmend an Bedeutung, wie sie seit kurzem der PV-Fertigungsausrüster Asys Solar als Ergänzung zu seiner Metallisierungslinie anbietet. Der Einsatz des Lasers in der PV-Produktion erhöht nicht nur die Effizienz der Zellen, weil er Oberflächen feiner und genauer strukturieren kann als mechanische Verfahren, er erzielt auch deutlich höhere Durchsatzraten und verringert damit die Fertigungskosten. »Um optimale Wirkungsgrade zu erreichen, stimmt man die Laserstrukturierungs- und Metallisierungsprozesse mit Hilfe optischer Systeme zur Zellenvermessung und Lageerkennung aufeinander ab«, erklärt Dr. Lars Wende Vice President Solar and New Technologies der Asys Group. Auf diese Weise, so Wende, lasse sich die Balance of System (BoS) der PV-Module erheblich verbessern. »Denn hier werden die beträchtlichen Installationskosten ins Gesamtmodell mit einbezogen.« Betrachtet man die BoS wird schnell klar, dass die Effizienzsteigerung von Solarzellen, in diesem Fall durch den Einsatz der Lasertechnik, ein wesentlich effektiveres Mittel ist, um die Gesamtkosten zu senken, als die Zell- oder Modulkosten zu reduzieren. Die Solarzellenhersteller haben das mittlerweile erkannt: Mehr als 15 Prozent der weltweit eingesetzten Metallisierungslinien von Asys sind laut Wende bereits mit einer Laserstrukturierungsanlage kombiniert.

Metal Wrap Through und Selective Emitter – viel Potenzial für den Laser

Eine gängige Methode, um den Wirkungsgrad zu erhöhen, besteht darin, die Vorderseitenkontaktflächen zu reduzieren, um die Abschattung des einfallenden Sonnenlichts zu reduzieren. Bei dieser »Metal Wrap Through« kurz MWT-Technologie, werden die Vorderseitenkontakte zum Teil auf die Rückseite verlegt. »Das reduziert die Vorderseiten-Metallisierungsflächen um fast die Hälfte und steigert damit den Wirkungsgrad um bis zu 0,3 Prozent«, so Wende.

Wo setzt nun der Laser an?

Die Herstellung solcher MWT-Zellen unterscheidet sich durch drei Prozessschritte vom Standardverfahren: Der Laser bohrt im ersten Schritt mehrere Löcher in die Solarzelle, die dann im späteren Metallisierungsprozess mit Siebdruckpaste gefüllt werden. So entsteht eine Durchkontaktierung, also eine elektrische Verbindung der Zellenvorderseite mit der Zellenrückseite. Schließlich modifiziert man, abweichend vom herkömmlichen Verfahren, die Rückseitenkontaktierung. »Die MWT-Zellen haben ein besonderes Erscheinungsbild. Weil die Vorderseitenkontaktflächen quasi fehlen, sehen die Zellen optisch dunkler und homogener aus. Das macht sie bei Anwendern sehr beliebt«, stellt Wende fest. Auch wenn es darum geht MWT-Zellen zu Modulen weiterzuverarbeiten, kann MWT seine Vorteile ausspielen: Die Durchkontaktierung erlaubt, dass man die Zellverbinder nicht von der Vorderseite zur Rückseite führen muss. Dadurch lassen sich die Zellen in den Modulen dichter packen und der Automatisierungsgrad bei der Modulfertigung erhöhen. »Letztlich«, so Wende, «kommen größere Zellverbinder auf der Zellenrückseite zum Einsatz, durch die der Strom verlustfrei abgeführt werden kann.« Einen zusätzlichen Aufwand für die Zellproduktion bedeutet das zwar schon, aber das hohe Einsparpotenzial im Modulbau und die der Effizienzsteigerung durch die reduzierte Abschattung rechtfertigen nach Ansicht von Wende diesen Mehraufwand allemal.

Nicht nur bei MWP-Zellen, auch bei der Fertigung von Selektiv-Emitter-Zellen spielt der Laser eine Schlüsselrolle, etwa zum Dotieren oder zum selektiven Abtragen dielektrischer Schichten. Die Selektive Emitter Technologie arbeitet mit einer selektiven Diffusionsstruktur auf der Emitterseite. Um den Kontaktwiderstand zu reduzieren, bringt man durch unterschiedliche Verfahren eine erhöhte Konzentration von Dotieratomen im Bereich der Metallisierungskontakte auf. Gleichzeitig wird zwischen den Metallisierungskontakten eine verringerte Konzentration von Dotieratomen aufgetragen. »Auf diese Weise entsteht eine effektive Zellfläche, die mehr Sonnenlicht in Strom umwandelt. Dadurch lassen sich Effizienzsteigerungen von bis zu 0,8% erzielen«, betont Wende. Allerdings ist der Selektiv Emitter Prozess noch weit weniger praxiserprobt als MWT und erst seit kurzem überhaupt massenproduktionstauglich. Hier gibt es nicht nur bei der Laserstrukturierung noch viel Entwicklungspotenzial für die Maschinen-Hersteller.