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Tintenstrahldruck für billigere Solarzellen
Ein verbesserter Prozess zur Herstellung von Solarzellen könnte es Herstellern ermöglichen, die benötigte Menge an Silizium zu halbieren. Da Silizium etwa drei Viertel der Kosten herkömmlicher Solarzellen ausmachen kann, könnte dies den Preis von Solarstrom deutlich senken. Die Technik kann die Menge anderer verwendeter Materialien reduzieren und die Leistung von Solarzellen verbessern.
Saubere Energie: Ein Tintenstrahldrucker zur Herstellung von Prototyp-Solarzellen im National Renewable Energy Laboratory ist zur experimentellen Kontrolle in einem Handschuhfach untergebracht. Der Drucker kann verschiedenste Materialien für Solarzellen mit neuer Präzision beschichten.
Das Verfahren verwendet Tintenstrahldruck, um elektrische Verbindungen innerhalb einer Solarzelle herzustellen, und ersetzt das bestehende Siebdruckverfahren. Da das Ink-Jet-Verfahren präziser ist, kann für diese Verbindungen weniger Material verwendet werden. Da die Druckköpfe das Silizium nicht berühren, funktioniert das Verfahren auch mit dünneren Siliziumwafern. Der Prozess verwendet einen Tintenstrahldrucker von iTi Solar , mit Sitz in Boulder, CO, das ursprünglich für das Drucken von Elektronik wie den Kontakten auf Touchscreens entwickelt wurde.
Der Nationales Labor für erneuerbare Energien (NREL) in Golden, Colorado, das beim Design des Geräts mitgewirkt hat, beginnt nun mit der Herstellung von Solarzellen-Prototypen mit dieser Technologie. Da der Tintenstrahldrucker in bestehende Solarzellen-Fertigungslinien integriert werden kann, könnte er innerhalb eines Jahres in der kommerziellen Produktion eingesetzt werden, schätzt Maikel van Hest , ein Wissenschaftler am NREL.
Eine der ersten Anwendungen könnte in der Herstellung von Siliziumsolarzellen liegen, dem heute am häufigsten verkauften Solarzellentyp. Silizium absorbiert Licht und wandelt es in Elektronen um, und dann sammelt eine Reihe von auf dem Silizium gedruckten Silberlinien diese Elektronen und erzeugt einen elektrischen Strom. In der konventionellen Fertigung werden diese Silberlinien im Siebdruck gedruckt. Die im neuen Verfahren verwendete Silbertinte ist viel leitfähiger als die Silberpaste, die beim Siebdruck verwendet wird, und der Tintenstrahldruck ist präziser. Als Ergebnis können viel dünnere Linien gedruckt werden – 35 bis 40 Mikrometer breit, verglichen mit 100 bis 125 Mikrometern Breite beim Siebdruck, sagt van Hest. Weniger Silber zu verwenden spart Geld. Es verbessert auch die Leistung der Solarzelle, da die dünneren Linien das aktive Material weniger abschatten.
Saubere Energie: Ein Tintenstrahldrucker zur Herstellung von Prototypen von Solarzellen im National Renewable Energy Laboratory.
Der größte Vorteil, sagt van Hest, ist, dass beim Tintenstrahldruck im Gegensatz zum Siebdruck kein Druck auf den Siliziumwafer ausgeübt wird. Das ermögliche es, deutlich dünnere Wafer zu verwenden, sagt er. Bei herkömmlichen Solarzellen sind die Wafer etwa 200 Mikrometer dick. Wenn Sie noch dünner werden, gehen die meisten von ihnen während der Herstellung kaputt, sagt van Hest. Wenn Sie zu einer kontaktlosen Methode gehen, müssen Sie sich darüber keine Sorgen machen. Sie können Zellen mit einer Dicke von bis zu 100 Mikrometern oder sogar noch dünner verwenden. Das bedeutet, dass Sie 50 Prozent der Siliziumkosten einsparen können. NREL hat sich aus zwei Hauptgründen für die Verwendung der Drucker von iTi Solar im Gegensatz zu denen anderer Hersteller entschieden. Der erste ist die Genauigkeit des Systems: Die Drucker können Tinte mit einer Genauigkeit von 1 Mikrometer auftragen, im Gegensatz zu 10 bis 15 Mikrometer bei anderen Systemen, sagt van Hest. Es lässt sich auch leicht an die Arbeit mit verschiedenen Tinten und verschiedenen Solarzellentechnologien anpassen. Die Anlage könnte beispielsweise zur Herstellung von Dünnschichtsolarzellen aus Halbleitern wie Kupfer-Indium-Gallium(di)selenid (CIGS) mit von NREL entwickelten Tinten verwendet werden.
Tintenstrahldruck wurde bereits für die Herstellung von Solarzellen in Betracht gezogen. Anfangs gab es viel Aufsehen darüber – vor zwei Jahren sprach jeder darüber, sagt Bruce Morgan, CEO von iTi Solar. Als dann die praktischen Ergebnisse gesehen wurden, wurden die Leute entmutigt. Er sagt, das Problem sei, dass die Druckköpfe nicht hoch genug auflösen oder die Unternehmen die Verzerrungen in den Materialien, auf denen gedruckt wird, nicht verstanden haben. Die ersten Ergebnisse des iTi Solar-Systems deuten darauf hin, dass es diese Probleme gelöst hat. Wir haben gesehen, was es kann, und bisher ist es sehr beeindruckend, sagt van Hest.
Das NREL-System ist darauf ausgelegt, nur Prototypzellen herzustellen. Van Hest sagt, dass die Technologie leicht skaliert werden kann, beispielsweise durch Erhöhung der Anzahl der Druckköpfe, um viele Zellen gleichzeitig für die kommerzielle Produktion herzustellen.