Silicon-Based Modules
Über
Wie wird aus einzelnen Solarzellen ein funktionierendes Solarmodul? Zum einen müssen die Solarzellen miteinander verbunden werden (Verschaltung), zum anderen müssen die verschalteten Solarzellen in schützende Schichten eingebettet und zu einem Solarmodul laminiert werden (Verkapselung). An diesen beiden Bereichen arbeiten wir in unserem Team.
Bei der Verschaltung werden flache Drahtbänder oder Runddrähte auf den Solarzellen aufgebracht. Dies kann beispielsweise durch Löten erfolgen. Da die hohen Temperaturen beim Löten insbesondere für Silizium-Heterostruktur-Solarzellen oder Perovskit-Silizium Tandem Solarzellen nicht geeignet sind, werden Alternativen wie elektrisch leitfähige Kleber benötigt, die bei niedrigeren Temperaturen oder sogar bei Raumtemperatur ausgebracht werden können.
Die miteinander verschalteten Solarzellen werden dann in Polymerschichten eingebettet und zusammen mit einem Backsheet auf der Rückseite und einem Frontsheet auf der Vorderseite zu Solarmodulen laminiert. In der Vergangenheit wurden auf der Vorder- und Rückseite häufig Glasscheiben verwendet, die zu einem hohen Gewicht der Solarmodule führten. Wir testen in unserem Team verschiedene Polymermaterialien als Front- und Backsheets, um so leichte, flexible Solarmodule herzustellen, die sich für eine Vielzahl von Anwendungen eignen.
Forschungsthemen
- Test von neuartigen Verschaltungstechnologien wie elektrisch leitfähige Kleber
- Untersuchung unterschiedlicher Materialien zur Verkapselung der Solarmodule
- Anpassen der Verschaltungs- und Verkapselungsprozesse an die Anforderungen von perovskithaltigen Solarzellen
- Test der Materialen auf Wasserdampfdurchlässigkeit, Damp-Heat-Tests
- Test der Materialien auf Beständigkeit gegen UV-Licht
- Herstellung leichter, flexibler Solarmodule
- Befestigungsmöglichkeiten für leichte Solarmodule
- Metallisierung von Solarzellen mit Kupfer anstelle von Silber
- Entwicklung neuer recyclebarer Solarmodulkonzepte
- Einbettung von Laserprozessen zur Herstellung von Solarmodulen

Modulentwicklung

Einer der kritischen Prozesse in der PV-Herstellung ist die Laminierung der Module. Die Arbeit in unserem Modulteam kann in zwei Teile unterteilt werden. Der eine Teil ist die Verschaltung der Solarzellen. Die Zellen werden zunächst auf unterschiedliche Weise zu Strings verschaltet, von fünf Busbars bis hin zu Multi-Drähten. Dabei können die Solarzellen volle, halbe oder drittel Größe haben. Dann werden die Solarzellencluster mit Ribbons zu einem PV-Modul zusammengefügt. Der andere Teil ist die Vakuumlaminierung, mit der die Langlebigkeit des Solarmoduls erreicht wird, damit es unterschiedlichen Wetterbedingungen standhalten kann. Bei diesem Verfahren werden sowohl vernetzende als auch thermoplastische Polymer-Verkapselungsmaterialien, darunter EVA, POE und TPO, bewertet. Es wurden verschiedene Größen von Modulen eingekapselt, von Einzelmodulen über Mini-Module bis hin zu kommerziellen Modulen mit Strukturen wie Doppelglas, Glas/Rückseitenfolie, Vorder-/Rückseitenfolie. Energieumwandlungswirkungsgrade von mehr als 23 % auf einer aktiven Modulfläche von 243,36 cm² werden im Jahr 2020 erreicht.
Ein weiteres Thema ist das leichte, flexible Modul. Durch den Verzicht auf eine gläserne Modulstruktur kann eine erhebliche Gewichtsreduzierung bei gleichbleibender Leistung erreicht werden. Dies erweitert die Vielfalt der Anwendungen, die für schwere Siliziummodule ungeeignet sind und bei denen keine zusätzlichen Lasten bei der Installation getragen werden müssen, wie z. B. die Integration von PV auf der gekrümmten Oberfläche von Fahrzeugen (VIPV) und von Gebäuden (BIPV) sowie die Anwendung von schwimmender PV.
Teammitglieder
Forschungseinrichtungen / Anlagen
Publikationen
Aktuelle Publikationen
- K. Zhang, A. Lambertz, K. Dzięcioł, K. Bittkau, R. Zhang, Y. Liu, A. Gerber, H. Gattermann, R.-A. Eichel, U. Rau, C. Brabec, K. Ding, "Towards integrated photovoltaic applications: Lightweight silicon heterojunction solar modules with different encapsulation materials and their damp heat stability", Applied Energy 400, 126570 (2025).
- Y. Liu, I. M. Peters, K. Ding, B. Pieters, K. Bittkau, U. Rau, M. I. Yacouba, H. Gattermann, V. Lauterbach, A. Lambertz, "Silver reduction through direct wire bonding for Silicon Heterojunction solar cells", Solar Energy Materials & Solar Cells 282, 113412 (2025).