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Kupfer statt Silber

21.09.2022

So werden Solarzellen noch günstiger – und klimafreundlicher


Die Photovoltaik gilt in Deutschland neben der Windkraft als zentraler Bestandteil der Energiewende. Neben den seit Langem anhaltenden Lieferschwierigkeiten reduzieren jedoch auch die höheren Kosten in der Solarzellenproduktion das Ausbautempo. Dafür verantwortlich ist vor allem das Silber, das in für die Kontakte und in Leiterbahnen verwendet wird. Die Solarindustrie verarbeitet etwa 15 Prozent des global geförderten Silbers. Weil aber auch andere Industrien, etwa für die Elektroautoproduktion, immer mehr Silber benötigen, steigt der Preis des Edelmetalls stetig.


Ein neues Verfahren mit Kupfer


Aktuell hat Silber einen Anteil von etwa zehn Prozent bei einer Photovoltaikzelle. Sollte die Preisentwicklung von Silber anhalten, könnte dieser Anteil in den kommenden Jahren noch deutlich zunehmen. Wissenschaftler des Fraunhofer-Instituts für Solare Energiesysteme ISE haben deshalb untersucht, ob statt Silber auch günstigere Materialien mit einer besseren Verfügbarkeit in der Solarzellenproduktion verwendet werden können.
Nun konnten Forscher ein Verfahren entwickeln, dass es ermöglicht Silber durch Kupfer zu ersetzen. Kupfer ist deutlich besser lieferbar und günstiger. Da wir in Deutschland über genug Kupfer verfügen, sind die Lieferketten kürzer, und die Abhängigkeit vom Preis auf den internationalen Rohstoffmärkten oder von ausländischen Lieferanten wird reduziert.


Weil die Kupferleiter dank der Laserstrukturierung nur 19 Mikrometer dick sind, nimmt die Photovoltaikleistung und damit der Stromertrag leicht zu. Das liegt daran, dass durch den extrem kleinen Durchmesser der Kupferleitungen die Abdunklung der Siliziumschicht geringer ist als bei den herkömmlichen Leitern aus Silber.


Maskierung aus Aluminium


Die Forscher des Fraunhofer-Instituts für Solare Energiesysteme ISE entwickelten zudem ein Verfahren, mit dem Aluminium als Maskierungsschicht verwendet werden kann. In der Solarzellenproduktion müssen die nicht zu beschichtenden Bereiche abgedeckt werden, damit diese beim Galvanisieren im Elektrolytbad nicht bedeckt werden. Aktuell verwenden die meisten Unternehmen dazu eine Beschichtung aus nicht leitenden Polymeren. Das Recycling dieser Speziallacke ist jedoch teuer und führt zu viel Müll.


Statt dem Polymer verwendet das Verfahren der Forscher recycelbares Aluminium. Normalerweise ist Aluminium leitfähig und deshalb für die Maskierung nicht geeignet. Wenn das Leichtmetall anläuft, bildet sich jedoch eine isolierende Oxidschicht. Um Aluminium als Maskierung verwenden zu können, haben die Forscher nun diesen Oxidationsprozess optimiert.


Es ist somit möglich, Solarzellen ohne nicht leitende Polymeren zu produzieren. Die Innovationen des Fraunhofer-Instituts für Solare Energiesysteme ISE ermöglichen in Kombination also eine günstigere und gleichzeitig nachhaltigere Solarzellenproduzenten. Weil sowohl Kupfer als auch Aluminium eine hohe Recyclingfähigkeit besitzen, könnte die Photovoltaikindustrie durch den Einsatz der neuen Produktionsverfahren einen deutlichen Schritt in Richtung Kreislaufwirtschaft gehen.

  Quelle: www.forschung-und-wissen.de


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