Rissbeständige Solarzellen
Fortschreitende Kostensenkungen bei PV-Zellen aus kristallinem Silicium werden durch Schäden infolge thermischer Belastung wieder untergraben. Diese Schäden treten an den Verbindungsstellen zwischen den immer dünner werdenden Siliciumwafern und dem PV-Ribbon auf. Letzteres ist ein verzinnter Kupferleiter, der in Solarpaneelen zur Verbindung der einzelnen Solarzellen direkt auf den Siliciumkristall aufgelötet wird. Um das Problem beschädigter PV-Zellen zu lösen, riefen Forscher das EU-finanzierte Projekt "Development of ultra soft copper conductors for crystalline silicon solar photovoltaic applications" (SOLARSOFT) ins Leben. Die Projektmitglieder entwickelten einen hochreinen Kupferleiter, der herkömmlichen Energieerzeugungsformen hinsichtlich der Kosten ebenbürtig ist. Die SOLARSOFT-Partner entwickelten Modelle für die Belastung, die beim Löten verzinnten Kupfers auf Silicium sowie bei der Kaltverformung und beim Glühen von Kupfer entsteht. Ein weiteres Modell wurde verwendet, um die Auswirkungen des Plasmaglühens auf die Kupferkorngröße zu demonstrieren, das ausreichend quantitativ zur Definition der Prozessvariablen war. Es wurde festgestellt, dass mit einer Korngröße von etwa 70 Mikrometern bei nicht-porösem Kupfer die erforderliche niedrige Streckgrenze des Materials erreicht wird. Daraufhin untersuchten die Projektpartner Rapid-Thermal-Annealing-Verfahren, mit denen solche hohen Korngrößen auf kommerziell tragfähige Weise generiert werden können. Die Projektarbeit beinhaltete die Entwicklung eines neuen Prototyps eines Plasmaglühgerätes. Für das Verzinnungsverfahren waren weder Chemikalien noch Flussmittel erforderlich. Eine Analyse des ersten Produkts des Prototypen zeigte, dass das geglühte Material eine Streckgrenze von unter 50 MPa aufwies. Während des Verzinnens und Aufspulens erhöhte sich die Streckgrenze jedoch auf über 60 MPa. Durch bessere Kontrolle über die Zusammensetzung des Zinnbades und der Temperatur des eingeführten Kupfers wurden die Härtung mit größeren Spulen und die verwendeten Aufnahmesysteme umgangen, um diese Härtungsursache abzuschwächen. Der Erfolg des SOLARSOFT-Projekts sollte der europäischen Solarindustrie ermöglichen, durch kostengünstigere, sauberere und fortschrittlichere Produkte mit den weltgrößten PV-Unternehmen mitzuhalten. Zudem kann durch Förderung der PV-Nutzung die Dezentralisierung der Energieerzeugungsanlagen begünstigt und die Überbeanspruchung des Stromnetzes gemindert werden.
Schlüsselbegriffe
Solarzellen, kristallines Silicium, PV-Ribbon, Kupferleiter, Photovoltaikanwendungen
