{"id":16844,"date":"2022-09-02T09:11:05","date_gmt":"2022-09-02T07:11:05","guid":{"rendered":"https:\/\/www.m-q.ch\/?p=16844"},"modified":"2022-09-26T13:24:45","modified_gmt":"2022-09-26T11:24:45","slug":"guenstigere-solarzellenproduktion-dank-kupfer-statt-silber","status":"publish","type":"post","link":"https:\/\/www.m-q.ch\/de\/guenstigere-solarzellenproduktion-dank-kupfer-statt-silber\/","title":{"rendered":"G\u00fcnstigere Solarzellenproduktion dank Kupfer statt Silber"},"content":{"rendered":"
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Dank der Verwendung von Silber statt Kupfer k\u00f6nnte die Solarzellenproduktion g\u00fcnstiger werden. (Bild: Unsplash.com)<\/figcaption><\/figure>\n

Die Photovoltaik ist die tragende S\u00e4ule f\u00fcr die angestrebte Energiewende. Laufende Entwicklungen und Forschungst\u00e4tigkeit f\u00fchren laufend zu Verbesserungen von Wirkungsgraden und Produktionstechniken von Photovoltaik-Modulen. Solarzellen werden deshalb immer mehr zu einem Massenprodukt. Stand der Technik sind heute die sog. Heterojunction-Solarzellen, die mit einem vergleichsweise geringen Einsatz des Halbleiter-Metalls Silizium auskommen und damit einen geringen CO2-Fussabdruck aufweisen. Zudem erreichen sie in der industriellen Solarzellenproduktion h\u00f6chste Wirkungsgrade.\u00a0<\/p>\n

Nach wie vor wird aber bei der Solarzellenproduktion Silber verwendet. Dieses Edelmetall ist verantwortlich f\u00fcr die Leitung des in der Siliziumschicht erzeugten Stroms. In letzter Zeit sind die Preise f\u00fcr Silber aber massiv gestiegen; inzwischen macht Silber rund zehn Prozent der Herstellungskosten eines PV-Moduls aus. Hinzu kommt, dass die Vorr\u00e4te dieses Edelmetalls sehr begrenzt sind. Allein die Solarindustrie verarbeitet heute bereits 15 Prozent des weltweit gef\u00f6rderten Silbers – Tendenz steigend. Nicht zu vergessen sind andere Sektoren, z.B. die Elektromobilit\u00e4t, die ebenfalls einen immer h\u00f6heren Bedarf f\u00fcr dieses Metall haben.<\/p>\n

Kupfer f\u00fcr Solarzellenkontakte<\/h3>\n

L\u00e4sst sich also Silber durch ein anderes Material gleichwertig ersetzen? Und falls ja: Welche Auswirkungen hat dies auf die Prozesse der Solarzellenproduktion? Mit diesen Fragen haben sich Forscher des\u00a0Fraunhofer-Instituts f\u00fcr Solare Energiesysteme ISE in Freiburg i. Br. gestellt. Ein Forscherteam um Dr. Markus Glatthaar hat f\u00fcr die vielversprechende Heterojunction-Technologie ein galvanisches Verfahren entwickelt, um Silber durch Kupfer zu ersetzen. Kupfer ist um ein Vielfaches kosteng\u00fcnstiger und leichter verf\u00fcgbar als Silber.<\/p>\n

Wer sich mit Galvanotechnik befasst, weiss: Oberfl\u00e4chen, welche nicht beschichtet werden sollen, m\u00fcssen zun\u00e4chst mit einer nichtleitenden Schicht maskiert werden. Das Kupfer baut sich dann im Elektrolytbad nur in jenen Bereichen auf, die nicht mit dieser Isolierung beschichtet sind. F\u00fcr diese Isolierschicht wurden bislang teure Lacke auf Polymerbasis oder laminierte Folien verwendet. Deren Entsorgung ist aufw\u00e4ndig und kostspielig. Dem Team um Dr. Markus Glatthaar ist es nun aber gelungen, die Polymere durch Aluminium zu ersetzen. Genau wie Kupfer ist Aluminium vollst\u00e4ndig recycelbar. Der doppelte Materialwechsel, von Silber zu Kupfer und von Polymer zu Aluminium, bringt auch einen doppelten Nutzen: Die Solarzellenproduktion wird nicht nur nachhaltiger, sondern auch deutlich g\u00fcnstiger.<\/p>\n

Innovative Galvanotechnik und verbesserte Elektrolyte<\/h3>\n

Das spezielle Galvanikverfahren erm\u00f6glicht nun also den Ersatz von Silber durch Kupfer. Gem\u00e4ss den Forschern konnte sogar die Leitf\u00e4higkeit der sog. Busbars, also dem Bindeglied zwischen den einzelnen Solarzellen, verbessert werden. Aufgrund der verwendeten Laserstrukturierung sind die Kupferleitungen besonders schmal.\u00a0Durch die extrem geringe Breite der Kupferleitung von nur 19 \u03bcm (Mikrometer) erf\u00e4hrt die lichtabsorbierende Siliziumschicht weniger Abschattung als bei den Silberleitungen. Dies und die hohe Leitf\u00e4higkeit des galvanisch abgeschiedenen Kupfers verbessern die Stromausbeute.<\/p>\n

Doch Aluminium als Maskierungsschicht? Aluminium ist doch ebenfalls leitf\u00e4hig? In der Tat scheint dieses Metall auf den ersten Blick als Maske ungeeignet. Allerdings hat Aluminium die Eigenschaft, dass es rasch oxidiert und eine wenige Nanometer dicke Oxidschicht bildet, welche als Isolator wirkt. „Wir konnten die Prozessparameter anpassen und einen speziellen Elektrolyttyp entwickeln, der daf\u00fcr sorgt, dass die extrem d\u00fcnne, native Oxidschicht des Aluminiums ihre isolierende Funktion zuverl\u00e4ssig erf\u00fcllen kann. Das war ein wichtiger Meilenstein f\u00fcr den Erfolg unseres Forschungsprojekts“, freut sich Dr. Glatthaar.<\/p>\n

Schub f\u00fcr eine g\u00fcnstigere Solarzellenproduktion<\/h3>\n

Die Forscher sind \u00fcberzeugt: Sowohl Kupfer als auch Aluminium k\u00f6nnen als recycelbare Materialien die Photovoltaik-Produktion der Kreislaufwirtschaft ein gutes St\u00fcck n\u00e4her bringen und dabei Umwelt- und Sozialstandards verbessern. Als n\u00e4chster Schritt wurde vom Fraunhofer ISE ein Spin-off gegr\u00fcndet, das Anfang 2023 gemeinsam mit Industriepartnern eine Pilot-Produktionsanlage erstellen will.<\/p>\n

Die Substitution von Silber durch Kupfer k\u00f6nnte der Solarzellenproduktion weiteren Schub verleihen. Denn Kupfer ist leichter verf\u00fcgbar als Silber und hat k\u00fcrzere Lieferketten. Zudem ist der Kupferpreis derzeit weniger abh\u00e4ngig von internationalen Rohstoffm\u00e4rkten. Der Preis f\u00fcr eine Tonne Kupfer betrug im Juli 2022 bei durchschnittlich 7545 Dollar. Zum Vergleich: Im Mai 2021 mussten noch mehr als 10’000 Dollar pro Tonne Kupfer bezahlt werden.<\/p>\n

Quellen: Techexplore.com<\/a> \/ Fraunhofer ISE<\/a><\/em><\/p>\n","protected":false},"excerpt":{"rendered":"

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