Klebetechnik bietet Vorteile in der Produktion von Dünnschichtsolarzellen »Leitkleben ist einfacher und zuverlässiger als Löten«

Dr. Martin Kluke, Delo: »Die Verbindungstechnik von Dünnschichtzellen und damit insbesondere die elektrische Verschaltung ist ein wesentlicher Aspekt in der Modulfertigung, um die zuverlässige Kontaktierung der Zellen sicherzustellen.«

Bei der Produktion von Dünnschichtzellen kommen zunehmend Leitklebstoffe zum Einsatz, die das Löten als Verbindungstechnik ablösen.

»Die Verbindungstechnik von Dünnschichtzellen und damit insbesondere die elektrische Verschaltung ist ein wesentlicher Aspekt in der Modulfertigung, um die zuverlässige Kontaktierung der Zellen sicherzustellen«, erklärt Dr. Martin Kluke, Produktmanager, Delo Industrie Klebstoffe. Das Unternehmen entwickelt kundenspezifische Leitklebstoffe für unterschiedliche Dünnschichtoberflächen.

Während man kristalline Solarzellen über den Tabbing/Stringing-Prozess verschaltet – dabei werden die einzelnen Zellen mit Zellverbinderbändchen (Tabs) zu Strängen (Strings) verbunden – übernimmt bei Dünnschichtzellen ein Laser die Verschaltung bereits im Fertigungsprozess. In einem zweiten Schritt erfolgt lediglich noch eine Kontaktierung der äußeren Zellen mit Zellverbinderbändchen an den Modulenden, die als Spannungssammler dienen. »Leitklebstoffe können hier einen wertvollen Beitrag leisten«, erklärt Kluke. »Denn die Verschaltung von Dünnschichtzellen zum Modul erfolgt grundlegend anders als im kristallinen Bereich: Hier stoßen etablierte Verbindungstechniken, wie das Löten an ihre Grenzen.« Außerdem handele es sich beim Kleben im Gegensatz zum Löten um ein sehr umweltfreundliches Herstellungsverfahren, da keine bleihaltigen Materialien zum Einsatz kommen, ergänzt Kluke.

Die in der Dünnschichttechnik häufig als elektrische Kontaktoberflächen verwendeten Materialien, die transparenten leitfähigen Oxide (TCO= Transparent Conductive Oxide) lassen sich nicht löten. Leitklebstoffe bieten sich hier als zuverlässige Alternative zum Löten an, mit der sich die Zellverbinder und die TCO-Oberflächen kontaktieren lassen. »Hinzu kommt, dass Leitklebstoffe generell bei deutlich niedrigeren Temperaturen ausgehärtet werden als das Lot«, gibt Kluke zu bedenken. »Während beim Löten Temperaturen von über 200 °C und häufig ein zusätzlicher Flussmittelauftrag erforderlich sind, lassen sich gängige einkomponentige Leitklebstoffe bereits bei Temperaturen von 110 bis 150°C aushärten.« Außerdem Klebstoffe können thermomechanische Spannungen besser ausgleichen. Für die Zellen bedeutet dies verminderten thermomechanischen Stress, die Gefahr der Mikrorissbildung und damit Zellbruch werden so minimiert.

Die Leitklebstoffe bestehen aus einer nichtleitenden Bindermatrix, die mit leitfähigen Füllstoffpartikeln, üblicherweise Silberpartikeln, hochgefüllt wird. Diese Verbindung sorgt für eine durchgängige Leitfähigkeit in alle Raumrichtungen, nachdem der Klebstoff ausgehärtet ist. Sind die Leitkleber erprobt und zuverlässig? »Ja«, meint Kluke, denn »isotrope Leitkleber sind keineswegs neu in der Fertigung.«. Sie finden schon seit längerem beim Chip-Bonden, in der Hybridtechnik und bei der SMT-Fertigung elektronischer Bauelemente (SMT) Verwendung und konnten hier ihre Zuverlässigkeit unter Beweis stellen.« Damit die Delo-Klebstoffe bei der Kontaktierung von Dünnschicht-Zelloberflächen mit leitfähigen Klebstoffen und einer anschließenden Einlagerung unter Temperatur und Feuchtigkeit halten was sie versprechen, hat Delo in Anlehnung an die DIN EN 61646 Norm (Terrestrische Photovoltaik-Module mit Silizium-Solarzellen - Bauarteignung und Bauartzulassung) getestet: »Selbst ohne Verkapselung sind die Kontaktwiderstände nach der Lagerung stabil und auf niedrigem Niveau«, erklärt Kluke.

Wie funktioniert das Klebeverfahren für Dünnschichttechnik?

Die Klebstoffapplikation lässt sich in der Dünnschichttechnik vollständig automatisiert integrieren. Dabei appliziert man den Klebstoff mit einer Dosiervorrichtung beispielsweise einem Nadelventil oder einem Schraubendispenser auf die Dünnschichtoberfläche. Die Zellverbinder werden dann auf die Klebstoffoberfläche aufgebracht und fixiert. Diese Fixierung kann beispielsweise mit Klebebändern erfolgen oder durch Vorhärtung des Klebstoffs mit Thermoden. Hier zeigt sich nun ein weiterer Vorteil der Klebstoffe: »Bei der Lötmethode  ist aufgrund der hohen Löttemperaturen und der Temperaturempfindlichkeit der Verkapselungsfolien ein getrennter Kontaktierungs- und Laminierschritt der Zellen notwendig«, weiß Kluke, »weil aber die zur Laminierung der Verkapselungsfolien benötigte Temperatur der Aushärtetemperatur des Klebstoffs entspricht, ist die Kontaktierung und Laminierung der Zellen in einem Schritt (»Single-Shot-Prozess«) denkbar, was wiederum kosteneffizienter ist.«