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Universität Stuttgart, Institut für Photovoltaik ipv

R. Zapf-Gottwick, L. Hamann, J.H. Werner

Berlin, Februar 2012

Metallisierung von Silizium-Solarzellen

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Forschung am ipv(Praktika, Bachelor- & Master-Arbeiten, Promotionen)

Photovoltaik - feinere Linien, weniger Paste, keine GiftstoffeLaserdotierung & -metallisierungSilizium-Heterostrukturen, PassivierungModultechnik, SystemtechnikMesstechnik

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Institut für Photovoltaik ipv, Universität StuttgartR. Zapf-Gottwick, L. Hamann,

J.H. WernerBerlin, Februar 2012

Metallisierung von Silizium-Solarzellen

Silberfreie Busbar-Pasten

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Jahresweltmarkt in PVSilberverbrauch in PVSilberkosten in PVHerstellungskosten von c-Si Solarzellen

Entwicklung von silberfreie BB-PastenStand der TechnikAnforderung an MaterialsystemAnforderung an Siebdruckpasten

Silberfreie Busbar-Pasten

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1980 1985 1990 1995 2000 2005 2010

1

10

100

1000

10000

P

V-L

eist

ung

[MW

]

Jahre

PV-Gesamt

c-Si: 88 %

5

Jahresweltmarkt: c-Si / Dünnschicht-Module

Dünnschicht: 12 %

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1980 1985 1990 1995 2000 2005 20101

10

100

1000

10000

S

ilber

verb

rauc

h in

PV

[t]

Zeit [Jahre]

Silberverbrauch bei c-Si PV-Modulen

6

≈ 4000 t

2 t

Faktor 1000

Ag-Verbrauch in 2010: 10 % vom Weltmarkt

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Herstellungskosten von c-Si Solarzellen

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Wafer zur Solarzelle:max. Teil: Rohmaterial

Prozessierung: 20-30 €ct/Wp:Ag-Kosten: ≈ 8 €ct/Wp:

1/3 der Prozessierungskosten!

Siebdruck

Ag-KostenInspektion

Textur

DiffusionPSG-Ätzen

SiNKofeuernKantenisol.I/V Sortieren

Rohmaterial +Wafer

Prozessierungzur Solarzelle

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Silber-VerbrauchVorderseite Rückseite

Ag-Finger100 µm

Ag-Busbar1.5 mm

AlAg-Busbar2 mm

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Silber-VerbrauchVorderseite Rückseite

GAg = 100 mgFinger:GAg = 160 mg

Ag-BB´s ersetzen:Ag-Kosten halbiert!

BusbarGAg = 80 mg

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Anforderung an Siebdruckpasten: Oxidation?

10

0 10 20 30 40

200

400

600

800

Tem

pera

tur T

[°C

]

Prozesszeit t [s]

Kontaktformierung

Tpeak

Burn-out Zone

p-Typ

n-TypSiNx:H

Al-Paste

Ag-Paste

Kofeuern:Einbrennen der KontakteSiN-Passivierung

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Anforderung an Siebdruckpasten: Oxidation?

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0 10 20 30 40

200

400

600

800

Tem

pera

tur T

[°C

]

Prozesszeit t [s]

Kontaktformierung

Tpeak

Burn-out Zone

p-Typ

n-TypSiNx:H

p+-Typ

Al-Paste

Ag-Paste

Kofeuern:Einbrennen der KontakteSiN-PassivierungBildung Al-BSF

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Verschaltung zu Solarmodulen

Glas

Tedlar

EVA-Folie (Ethylvinylacetat)

EVASolarzelle

Lötbänder

Haftung der BB-Pasten auf SiHohe LeitfähigkeitLöten der Bänder auf silberfreie BB-Pasten

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Zusammenfassung

Photovoltaik steigert Ag-Verbrauch: 2010 Ag-Verbrauch etwa 10 % der WeltproduktionAg-Kosten bei Solarzellenherstellung: 8 €ct/WpErsparnis über silberfreie BB-Pasten:

≈ 50 % Silber Kostenersparnis: 4 €ct/Wp

Anforderung an silberfreie BB-PastenAuftrag über SiebdruckSinterverhalten + geringe Oxidation bei T 800 °CHohe LeitfähigkeitLötbarkeit

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Vielen Dank für Ihre Aufmerksamkeit!

Projekt „Silberfreie Busbar-Pasten“

Zusammenarbeit ipv mit Fa. Solsol:ipv: Solarzellenherstellung + Charakterisierung

Fa. Solsol: Pastenherstellung + Modultests

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Materialauswahl: Elektrischer Widerstand

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0 2 4 6 8 10 12 14 16 18 20 22-0,5

-0,4

-0,3

-0,2

-0,1

0,0

0,1

0,2

spezifischer Widerstand des Busbars bb [cm]

rela

tiver

Wirk

ungs

grad

verlu

st /

[%]

reines Ni

reines Sn AgAl Paste

Ag Paste

0 2 4 6 8 10 12 14 16 18 20 22-0,5

-0,4

-0,3

-0,2

-0,1

0,0

0,1

0,2reines Ag

rela

tiver

Wirk

ungs

grad

verlu

st /

[%]

spezifischer Widerstand des Busbars bb [cm]

Ag-Paste

reines Ni

reines Sn

Vorderseite Solarzelle Rückseite Solarzelle

Ziel: ≤ 0.1 %

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Einfluss Kontaktwiderstand auf Wirkungsgrad

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10-7 10-6 10-5 10-4 10-3 10-20,00

0,05

0,10

0,15

0,20

0,25

Wirk

ungs

grad

verlu

st

[%ab

s]

Kontaktwiderstand [cm2]

Elektrolumineszenz: Solarzellen-Vorderseite

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Leitfähigkeit Zn-Pasten

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0 2 4 6 8 10 12 14 160.00

0.05

0.10

0.15

0.20

0.25

0.30

0.35

0.40

0.45S

chic

htw

ider

stan

d [

/sq]

Frittengehalt [%]

Paste APaste B Ziel (Ag Paste)

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Silberpreis

18

200

400

600

800

1000S

ilber

prei

s [€

/kg]

Jahr2008 2009 2010 2011 2012