COMET
Das COMET-Projekt strebt an, die Nachhaltigkeit von PV-Modulherstellung durch die Entwicklung effizienter Kupfermetallisierungsprozesse für p- und n-Typ-Solarzellen zu steigern. Es wird ein Kupfergalvanisierungsverfahren für PERC- und TOPCon-Zellen demonstriert, welches die Metallisierung von Vorder- und Rückseiten ohne Ghost-Plating ermöglicht. Zudem werden innovative Verbindungen mit leitfähigen Klebstoffen entwickelt und die physikalischen Phänomene der Poly-Si/Cu-Kontaktbildung untersucht.
Projektpartner
- JOANNEUM Research Forschungsgesellschaft mbH, Koordinator
- Polymer Competence Center Leoben GmbH
- CSEM - Centre Suisse d’Electronique et de Microtechnique SA
- EPFL - École Polytechnique Fédérale de Lausanne
- Kalyon PV
- SALD BV
Motivation und Ziele
Die PV-Energie ist inzwischen unbestritten die wichtigste Säule des künftigen kohlenstoffarmen Energiesystems der EU
Energiesystems. Da die PV jedoch in die TW-Ära eintritt und bis 2035 in der EU 8,8 TW PV-Paneele installiert werden sollen, werden Bedenken hinsichtlich der allgemeinen
Nachhaltigkeit der PV-Industrie und eine mögliche Materialknappheit auf. Die Gewährleistung der Nachhaltigkeit der PV-Energie auf TW-Ebene erfordert
die Materialintensität zu verringern, d. h. die PV-Energieproduktion pro Menge der in PV-Systemen verwendeten Rohstoffe zu verbessern. Dies kann erreicht werden
über 3 Ansätze erreicht werden:
- Verbesserung des Wirkungsgrads der Leistungsumwandlung (PCE) von PV-Anlagen.
- Starke Reduzierung und idealerweise vollständiger Verzicht auf kritische und gefährliche Rohstoffe in PV-Systemen, um Versorgungsengpässe auszuschließen und die Umweltbelastung zu verringern.
Versorgungsengpässe auszuschließen und den ökologischen Fußabdruck zu vermindern.
- Verbesserung der Energieerzeugung während der Lebensdauer des PV-Systems, d. h. Bereitstellung von PV-Produkten mit längerer Lebensdauer (bessere Zuverlässigkeit) und höherem Energieertrag.
Das COMET-Projekt zielt darauf ab, die allgemeine Nachhaltigkeit der PV-Energie durch die Entwicklung von Kupfermetallisierungsprozessen für aktuelle p-Typ- und zukünftige n-Typ-Solarzellen und -Module zu erhöhen. COMET wird ein effizientes Kupfergalvanisierungsverfahren für PERC- und TOPCon-Solarzellen demonstrieren, das die gleichzeitige Metallisierung der Vorder- und Rückseiten bis zum M6-Waferformat ohne Ghost-Plating ermöglicht. Innovative und zuverlässige Verbindungen auf der Basis von elektrisch leitfähigen Klebstoffen werden ebenfalls demonstriert. Darüber hinaus wird COMET die physikalischen Phänomene aufdecken, die die Poly-Si/Cu-Kontaktbildung bestimmen, einschließlich der Barriereschichten zwischen Poly-Si und Kupfer, und die Materialien und Prozessparameter identifizieren, die den niedrigsten Kontaktwiderstand ohne schädliche Oberflächenpassivierung ergeben. Schließlich wird COMET die Zuverlässigkeit und die Kosteneffizienz von Cu-metallisierten Solarzellen bis hin zu Mini-Modulen demonstrieren und sowohl Standarddegradationstests als auch beschleunigte Alterung im Freien durchführen, um die Hauptausfallmodi zu ermitteln und so die Validierung und die Nutzbarkeit der Cu-Metallisierung als nachhaltigen Ersatz für Ag zu verbessern.
Hauptziele
- Verringerung der opto-elektrischen Verluste in modernen n-Typ-Solarzellen mit ladungsträgerselektiv passivierten Kontakten (CSPC) durch den Einsatz hochwertiger n-Typ-Wafer und verbesserter Kontakte, wobei eine PCE von über 26 % angestrebt wird.
- Ersetzen der Ag-Metallisierung durch Cu und Verwendung dünnerer Wafer mit dem Ziel, die Materialintensität von PV-Geräten um 50 % zu reduzieren, ohne Einbußen bei der PCE.
- Überwachung von Ag-freien p- und n-Typ-PV-Modulen unter rauen klimatischen Bedingungen, um ihre tatsächliche Energieausbeute zu bewerten und ihre Hauptfehlerarten zu ermitteln.
Ziele und Vorgangsweise
Das COMET-Projekt verfolgt mehrere Ziele zur Verbesserung der Nachhaltigkeit und Effizienz von Cu-metallisierten Solarzellen. Zentrale Aspekte umfassen:
- Cu-Elektroplattierung: CSEM entwickelt ein Cu-Elektroplattierungsverfahren mit nur drei Schritten (Druck von Seed-Gittern, Dielektrikum-Aufbringung, Plattierung). Das Verfahren soll eine kostengünstige und effiziente Metallisierung ermöglichen, mit einem Fokus auf die gleichzeitige Metallisierung der Vorder- und Rückseite von Zellen.
- Poly-Si/Cu Kontaktbildung: Durch fortgeschrittene Charakterisierungen (z. B. XRD, SEM, TEM) soll das Verständnis der Poly-Si/Cu-Kontaktbildung verbessert werden. Ziel ist es, Prozesse zu optimieren, um niedrigen Kontaktwiderstand zu erreichen, ohne die Passivierungsschicht zu beschädigen. Es werden alternative Cu-Beschichtungsmethoden untersucht, um die Kontaktqualität zu steigern.
- Selbstreduzierende Cu-Tinten: Es werden hybride Cu-Tinten entwickelt, die mit Cu-Formiat und Mikropartikeln arbeiten, um Oxidation zu minimieren und die Leitfähigkeit zu optimieren. Diese Tinten sollen eine kostengünstigere Sinterung unter normalen Atmosphärenbedingungen ermöglichen.
- Verbindung mit ECAs: Entwicklung und Verbesserung der Kupfer-Verbindungen durch ECA und die Untersuchung ihrer Zuverlässigkeit
- Durch diese Maßnahmen soll Kupfer als nachhaltiger Ersatz für Ag in Solarzellen etabliert werden.
„Das Projekt COMET unterstützt die Optimierung existierender PV Technologien, um Ressourcen zu schonen die PV Industrie nachhaltiger zu gestalten.“
Fördergeber
Das Forschungsprojekt wird mit Mitteln aus dem Klima- und Energiefonds (Energieforschung 7. Ausschreibung, Solar Cofund 2 Additional Joint Call 2021), vertreten durch die FFG als Förderungsgeber (Projektnummer FO999897446), gefördert.
