Aktuell / 03.05.2018

Elektrische Kontakte kleben statt löten

Solarzellen mit drei, vier oder fünf Busbars können im Klebestringer verbunden werden. © Fraunhofer ISE

Um die einzelnen Zellen in Hocheffizienz-Solarmodulen zu verbinden, werden diese üblicherweise verlötet. Mit einer neu entwickelten Technik können Solarzellen jetzt im industriellen Maßstab leitfähig geklebt werden. Die Technik ist marktreif.

Neuartige Solarzellen mit temperaturempfindlichen Schichten können so schonend verschaltet werden. Auch bei kleinen Zelldicken unter 160 Mikrometer hat der geringere thermomechanische Stress entscheidende Vorteile. Dieses Resümee ihrer Forschungskooperation ziehen das Fraunhofer-Institut für Solare Energiesysteme ISE und der Anlagenhersteller Teamtechnik.

Zuverlässige leitfähige Klebeverbindung ersetzt Weichlöten

Klebestringer für die industrielle Verschaltung von Heterojunction-Solarzellen. © teamtechnik Maschinen und Anlagen GmbH

Im Forschungsprojekt „KleVer“ haben Wissenschaftler die Klebetechnologie so weit fortentwickelt, dass sie als alternative Verschaltungstechnologie zum weit verbreiteten Weichlöten angewendet werden kann. Die Entwickler testen das neue Verfahren in einem sogenannten Stringer. Das ist ein Automat, der Solarzellen, aus denen Solarmodule aufgebaut werden, elektrisch verbindet. Mit der Versuchsanlage wiesen die Kooperationspartner nach, dass leitfähiges Kleben von Solarzellen mit drei, vier oder fünf Frontkontakten (Busbars) als Voll- oder Halbzelle mit einem Durchsatz von etwa 1.600 Zellen pro Stunde möglich ist. Damit ist der Durchsatz in der industriellen Produktion nur geringfügig niedriger als beim Verlöten der Zellen. Prüfungen in Klimakammern bestätigten die Zuverlässigkeit der Klebeverbindung.

Schonende Verschaltung durch niedrige Prozesstemperaturen

Die leitfähige Klebepaste wird mittels einer Siebdruck-Maske aufgebracht. © Fraunhofer ISE

Durch die im Vergleich zum Löten wesentlich niedrigeren Prozesstemperaturen unter 180 °C können vor allem temperatursensitive Hocheffizienzzellen schonend und materialsparend verschaltet werden. Dies belegen auch Heterojunction-Module, die mit Klebeverbindungen hergestellt wurden. Dieser Zelltyp, der aktuell die höchsten Wirkungsgrade aufweist, kann nicht konventionell bei über 200 °C verlötet werden. Auch die thermomechanische Belastung durch die geringere Steifigkeit der Klebeschicht fällt deutlich niedriger aus und die Spannungen im Material verringern sich. Damit sinkt die Gefahr von Mikrorissen und Brüchen in den Zellen. Die Taktzeit zur Verschaltung einer Zelle im teamtechnik-Stringer liegt bei weniger als 2,3 Sekunden und wird wesentlich durch die Aushärtegeschwindigkeit des verwendeten Klebermaterials bestimmt.

 

„Nachdem wir unsere Expertise zum leitfähigen Kleben von Siliziumsolarzellen in den letzten Jahren enorm ausbauen und im Labormaßstab erproben konnten, versetzt uns der Stringer nun in die Lage, die bleifreie Verbindungstechnologie im industriellen Maßstab mit unseren Partnern weiter zu optimieren“, erklärt Dr. Achim Kraft, Projektleiter und Leiter des Teams Verbindungstechnik am Fraunhofer ISE. Auch Axel Riethmüller, Projektleiter und Chief Operating Officer bei Teamtechnik, zeigt sich zufrieden: „Als Hersteller von Hochleistungs-Stringern sind wir stolz, mit der entwickelten Klebetechnologieeinheit bei der industriellen Verschaltung der empfindlichen Heterojunction-Solarzellen vorne dabei zu sein. Über die ersten Stringer-Bestellungen mit Klebetechnologie dürfen wir uns bereits freuen. Das wäre ohne das gemeinsame Projekt mit dem Fraunhofer ISE nicht möglich gewesen.“

Verknüpfte Projekte

  • Forscher am Fraunhofer-Institut für Solare Energiesysteme ISE untersuchten, wie sie den Wirkungsgrad von Silizium-Solarzellen steigern und innere Verluste reduzieren können. Sie entwickelten eine beidseitig kontaktierte, monokristalline Silizium-Solarzelle mit einem Wirkungsgrad von 25,7 Prozent. ... mehr

Mehr zum Projekt

Kostensparende Klebstoff-basierte Verbindungstechnologie für Hocheffizienzsolarzellen (KleVer)

Förderkennzeichen:
0325833A,B

Laufzeit:
2015-08-01  –  2018-07-31

Projektbeteiligte

Anlagen- und Prozesstechnik
Teamtechnik Maschinen und Anlagen GmbH

Qualifizierung und Charakterisierung
Fraunhofer ISE

Forschungsförderung

Das Informationssystem EnArgus bietet Angaben zur Forschungsförderung, so auch zu diesem Projekt.