Mit Leiterbahnen aus Kupfer statt aus Silber könnten Solarzellen viel billiger produziert werden. Das Problem bisher: Die Kupferbahnen reduzierten die Leistung. Diesen Nachteil haben Forscher:innen des Fraunhofer-Instituts für Solare Energiesysteme (ISE) nun mit einem neuen Galvanikverfahren wettmachen können. Das ist zudem nachhaltiger, weil Silber erst aus weit entfernten Regionen hertransportiert werden muss.

Außerdem konnten die Forscher:innen bei der Maskierung aufwendig zu entsorgende Polymere durch recycelbares und kostengünstigeres Aluminium ersetzen. Ein Spin-off soll die industrielle Fertigung anschieben.

Nach vielen Jahrzehnten kommt die Energiewende in Schwung – doch der Solarausbau stockt. Das liegt sowohl an Lieferkettenproblemen, die aus der Corona-Pandemie herrühren, als auch an begrenzten Rohstoffen.

Die ISE-Forscher:innen geben an, dass zehn Prozent des Preises von Solarpanels vom Silberanteil stammen. 15 Prozent der globalen Abbaumenge des Edelmetalls gehen an die Solarindustrie, heißt es. Sie muss sich die Vorräte mit der Elektroauto- und Mobilfunkindustrie sowie anderen Hightech-Branchen teilen.

Die Forscher:innen des größten Solarforschungsinstituts in Europa haben für die Solarzellen-Hersteller nun eine Lösung gefunden.

Ein Team unter Leitung von Metallisierungsexperte Markus Glatthaar hat am ISE ein neues Galvanikverfahren bei Heterojunction-Solarzellen entwickelt. Diese Zellen haben einen hohen Wirkungsgrad von etwa 24 Prozent, weil kristalline Photovoltaik mit Dünnschichttechnologie kombiniert wird. Zudem benötigt diese Technologie besonders wenig Silizium. Für ihre Leiterbahnen und Kontakte nutzt man bisher Silber.

Der neue Ansatz: Kupfer. Das ist sehr viel billiger und besser verfügbar. Das Team hat die Kupferleiter zudem über Laserstrukturierung besonders schmal herstellen können, sodass sie sogar die Leistung der Silberbahnen schlagen.

„Durch den extrem kleinen Durchmesser von nur 19 Mikrometern ist die Verschattung der lichtaufnehmenden Siliziumschicht geringer als bei den Silberbahnen“, schreiben die Wissenschaftler:innen. Zudem sinke der CO2-Fußabdruck, da das Kupfer in Deutschland verfügbar sei und nicht um die halbe Welt gefahren werden müsse.

Da nicht die ganze elektrisch leitfähige Oberfläche auch leiten soll, müssen vor der Beschichtung nicht zu beschichtende Bereiche „maskiert“ werden. Darunter versteht man das Auftragen einer Isolationsschicht, damit dort keine galvanische Abscheidung passiert. Bisher setzt die Industrie auf teure Lacke und Folien auf Polymerbasis. Diese seien schwer zu entsorgen. Das ISE-Team hat es geschafft, die Polymere durch Aluminium zu substituieren. Durch ein Elektrolyt wird erreicht, dass die native Oxidschicht auf Aluminium so stark isoliert, dass sie zur Maskierung taugt. Aluminium sei sehr viel besser zu recyceln und günstiger im Einkauf, betonen die Forscher:innen.

Das ISE hat ein Unternehmen namens PV2+ gegründet, um die Technologie schneller auf den Markt zu bringen. Glatthaar fungiert dabei als CEO. Das Bundesministerium für Wirtschaft und Klimaschutz unterstützt das Vorhaben im Rahmen des Gründerprogramms „Exit“.