Photovoltaik
Rotationsdruck beschleunigt Herstellung von Solarzellen

Um den Faktor 1,5 steigern konnte das Projektteam von Rock-IT das Drucken der metallenen Kontakte auf Siliziumzellen. Damit haben sie das Verfahren auf eine Taktzeit von 0,6 Sekunden pro Solarzelle beschleunigt.

Das Team unter Koordination des Unternehmens ASYS Automatisierungssysteme hat zunächst mit einer Demonstrator-Anlage gezeigt, welches Potenzial in dem geänderten Druckverfahren liegt. Üblich in der industriellen Produktion ist bisher der sogenannte Flachbett-Siebdruck. Dabei werden die benötigten metallenen Kontakte durch ein flächiges Sieb auf die Zelle gedruckt. Über die Kontakte wird später der frei gewordene Strom abgeleitet.

Beim Flachbett-Siebdruck entstehen jedoch kurze Pausen in der Produktion, in denen die bedruckten Zellen weitergeleitet werden und eine neue Fuhre unter das Sieb geschoben wird. Die neue Demonstrator-Anlage nutzt nun stattdessen Rotationsverfahren. Dabei übertragen Rollen den Druck auf die Zellen – ein kontinuierlicher, störungsfreier Prozess. Ein Transportsystem mit autonomen Shuttles statt länglichen Transportbändern beschleunigt das Verfahren noch weiter. „Die Anlage hat das technische Potenzial, den Durchsatz im Vergleich zu Siebdruckanlagen zu verdoppeln“, erklärt Dr. Andreas Lorenz, Projektleiter des zugehörigen Teilprojekts am Fraunhofer-Institut für Solare Energiesysteme ISE. Dr. Julius Röth, Projektleiter bei ASYS Automatisierungssysteme, sieht darin eine Chance: „Die Photovoltaikindustrie ist seit geraumer Zeit getrieben von günstigeren Stückkosten. Die derzeit erreichte Steigerung des Durchsatzes lässt eine Reduktion dieser Stückkosten von 20 bis 30 Prozent erwarten. Derartige Ersparnisse verbessern die Wettbewerbssituation einer westlichen Solarfertigung.“

Verfahren eignet sich auch für weitere industrielle Druckprozesse

Weiterer Vorteil der Shuttles: Das Druckverfahren kann auch für andere Industrieprozesse genutzt werden, in denen Stückgut-Komponenten beschichtet werden müssen – neben Solarzellen sind das zum Beispiel Leiterplatten oder Chipkarten aus dem elektronischen Bereich. Dazu kommt noch die hohe Präzision der so gedruckten Kontaktlinien. Die Forscherinnen und Forscher haben damit den Silberverbrauch auf 6 bis 9 Milligramm pro Watt reduziert – bei der knappen Verfügbarkeit des Rohstoffs Silber ein relevanter Faktor für die Zukunft. Noch 2018 hatte das Silver Institute, ein internationaler Verband der silberverarbeitenden Industrie, eine maximale Reduktion des Silberverbrauchs auf 10,5 Milligramm pro Watt bis 2030 vorhergesagt.

Ergänzt wird der materialsparende Rotationsdruck durch einen ultraschnellen Inline-Trocknungsprozess. Dafür nutzt das Projektteam ein Heizsystem mit Vertical-Cavity-Surface-Emitting-Laser, kurz VCSL. Der VCSL strahlt das Licht senkrecht ab. Dabei fallen nur 0,15 Sekunden an, um die bedruckten Zellen zu trocknen. Bisher waren rund 20 Sekunden Trocknungszeit üblich.

Wirkungsgrad der Solarzellen fällt ähnlich hoch aus

In Sachen Wirkungsgrad kommt das schnelle Druckverfahren fast an den Wert der traditionell bedruckten Solarzellen heran. Bei beidseitig kontaktierten Heterojunction-Zellen ergab sich ein Unterschied von 21,7 Prozent (neuer Rotationsdruck) zu 22,1 Prozent (traditioneller Druck). (mb)