Eine galvanische Metallisierung von Solarzellen ist zum effizienten Stromabfluss bei hohen elektrischen Leistungen optimal geeignet. Der Prozess eröffnet damit neue Möglichkeiten für klassische Silicium-Solarzellen und insbesondere auch für Solarzellen in speziellen Anwendungen wie Laserleistungszellen, welche zur kabellosen Leistungsübertragung eingesetzt werden.
Forschenden des Fraunhofer ISE in Freiburg gelang es, galvanische verstärkte Leiterbahnen auf solchen Laserleistungszellen abzuscheiden. Dies erfolgte direkt aus einer chemischen Lösung in eine Lackmaske. So wurden Kontaktfinger mit einer Höhe von 15 µm hergestellt, was in etwa dem 5-fachen der Höhe konventioneller Finger entspricht. Dadurch können höhere Ströme nahezu verlustfrei abgeleitet werden.
Solarzellen erzeugen typischerweise einen hohen Strom bei vergleichsweise geringer Spannung. Daher ist die verlustfreie Ableitung des durch das einfallende Licht erzeugten Stroms besonders wichtig für einen hohen Wirkungsgrad. Das gilt verstärkt für Solarzellen, die sehr stark beleuchtet werden, weil der Strom proportional mit der Einstrahlungsintensität zunimmt, die Widerstandsverluste aber quadratisch mit dem Strom zunehmen. Dies betrifft zum einen III-V-Solarzellen unter konzentriertem Lichteinfall, zum anderen sogenannte Laserleistungszellen, die zur kabellosen Energieübertragung eingesetzt werden. In solchen Power-by-Light Anwendungen wird Laserlicht hoher Intensität genutzt, um Energie zu übertragen und am Empfänger mit einer Photovoltaikzelle zurück in elektrische Energie gewandelt.
„Für unsere Laserleistungszellen ist die galvanische Metallisierung eine sehr spannende technologische Option“
„Für unsere Laserleistungszellen ist die galvanische Metallisierung eine sehr spannende technologische Option“, so Henning Helmers, stellvertretender Abteilungsleiter III-V- Photovoltaik und Konzentratortechnologie, am Fraunhofer ISE. Die Zellen weisen selbst bei Bestrahlung mit einer Laserleistung von 62,6 Watt nur moderate Widerstandsverluste durch den Stromtransport in der Metallisierung auf. Bei einer Zelleffizienz unter Laserlicht von 57-61 % je nach Bestrahlung konnte das Forschungsteam elektrische Leistungen von über 35 Watt aus einer Fläche von nur 1 cm2 herausholen. „Perspektivisch sind mit dieser Technologie auch noch deutlich höhere Leistungen vorstellbar. Mit einem angepassten Design mit gestapelter Zellstruktur können auch Leistungsübertragungen von Hunderten Watt erreicht werden. So können zukünftig weitere Anwendungen mit höherem Leistungsbedarf für die optische Leistungsübertragung erschlossen werden“, sagt Helmers.
„Das Galvanisieren der Laserleistungszellen funktioniert ohne Schwierigkeiten und sehr schnell, sobald ein passendes Design entwickelt worden ist“, sagt Projektleiter Jonas Bartsch. Das Verfahren ermöglicht kompakte Schichten hochleitfähiger Metalle, wie zum Beispiel Kupfer oder Silber, mit sehr hohen Wachstumsraten im Bereich mehrerer Mikrometer pro Minute. Es können ohne weiteres auch Schichtdicken von 50 µm und mehr erzeugt werden. Gleichzeitig läuft das Verfahren bei niedriger Temperatur, was die Prozesskosten senkt. Da es sich um eine additive Fertigungstechnik handelt, wird im Gegensatz zu anderen Metallisierungsverfahren nur so viel Metall benötigt, wie auch abgeschieden wird. Auf diese Weise wird der notwendige Ressourceneinsatz optimiert.
