Solarzellenfertigung
Der Laser schafft eine gute Verbindung

Ein berührungsloses Lötverfahren des Fraunhofer-Instituts für Lasertechnik in Aachen erhöht die Leistungsfähigkeit von Solarzellen. Dank der neuen Technik können die Module besser miteinander verbunden werden als im bisher üblichen Verfahren.

DÜSSELDORF. Jede Zelle erzeugt nur eine Spannung von einem halben Volt. Um höhere Spannungen zu erzielen, müssen die Zellen bei der Montage der Module elektrisch verschaltet werden. Die Siliziumplättchen werden daher hintereinander gereiht und durch kleine metallische Bändchen, sogenannte Stringer, verbunden. Heute geschieht das, indem mit einer heißen Elektrode das Lötzinn geschmolzen wird, in das das Bändchen gehüllt ist. Erstarrt das Lötzinn wieder, verbindet es den Stringer fest mit der Metallschicht auf dem Silizium.

Dieses Verfahren ist fehleranfällig. Ist die Energie, die die Lötelektrode abgibt, nämlich zu hoch, kommt es zu thermischen Spannungen. Diese können die Lötverbindung schlimmstenfalls zerstören und damit den Stromkreis unterbrechen. Das Solarmodul wäre damit funktionsunfähig.

Die Aachener Wissenschaftler wollen nun statt der Elektrode einen Laserstrahl einsetzen. Dieses Verfahren ist zwar nicht grundsätzlich neu, doch bei der Photovoltaik stießen die Wissenschaftler auf besondere Herausforderungen: „Die Geschwindigkeit des Prozesses muss hoch sein, es geht um große Flächen, und man hantiert mit sehr brüchigen Werkstoffen", sagt Arnold Gillner, Abteilungsleiter am ILT.

Der entscheidende Faktor ist eine präzise Steuerung der Löt-Temperatur. Denn auch wenn diese zu hoch ist, kann die Lötstelle brechen. Die ILT-Forscher schmelzen nun das Lötzinn, indem sie mit einem Laserstrahl über das vorverzinnte Bändchen scannen. Eine Infrarot-Wärmekamera misst die Temperatur des Siliziums und des Bändchens in Echtzeit über die abgegebene Wärmestrahlung. „Ist die Temperatur zu hoch oder zu niedrig, passt ein Regelkreis die Leistung des Lasers innerhalb einiger Millisekunden automatisch an", erklärt Wissenschaftler Gillner. Für Anwendungen in der Oberflächentechnik ist das System in der Industrie bereits etabliert, für Solaranwendungen könne es in etwa einem Jahr auf dem Markt sein, heißt es am ILT.

Unterdessen ist der nächste Schritt schon absehbar: Die Forscher wollen die Solarzellen in Zukunft per Laserschweißen miteinander verbinden, was noch schneller und zuverlässiger sein soll. Im Unterschied zum Löten schmilzt man dabei nicht das Lötzinn, sondern das Bändchen selbst an. Dafür müssen die Forscher es stärker erhitzen als beim Löten - jedoch nur für sehr kurze Zeit. „Da der Laser nur sehr kurz auf die Materialien trifft, übertragen wir trotz der höheren Temperatur weniger Energie auf die Materialien - es entstehen noch weniger thermisch bedingte Defekte", erklärt Gillner.

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