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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
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≈ 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?
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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
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)