Forscher des Forschungszentrums Jülich in Deutschland haben durch Experimente gezeigt, dass mit Kupferpaste (Cu) oder Kupfer-Silber (CuAg) metallisierte Heteroübergangs-Solarzellen (HJT) Wirkungsgrade erreichen können, die mit Photovoltaikgeräten vergleichbar sind, die nur eine Silbermetallisierung (Ag) verwenden.

Das Forschungsteam stellte fest, dass sich das HJT-Design besonders gut zur Reduzierung oder Eliminierung des Silberverbrauchs eignet, da seine transparente leitfähige Oxidschicht (TCO) die Kupferdiffusion in das Silizium effektiv blockiert. Ding Kaining erklärte: „Kupfer ist eine praktikable Alternative zu Silber und zeigt, dass das Ziel einer nachhaltigen Photovoltaik-Entwicklung, den Silberverbrauch bis 2030 auf 2 mg/W zu reduzieren, erreichbar ist.“ Das Forschungsteam plant derzeit, das silberfreie Metallisierungsverfahren auf komplette Solarmodule anzuwenden und Zuverlässigkeits- und Stabilitätstests unter feuchter Hitze und thermischen Wechselbedingungen durchzuführen. Darüber hinaus hofft man auf eine Zusammenarbeit mit Pastenherstellern, um bestehende Methoden zu optimieren und die Kupferpastenproduktion kostengünstiger zu gestalten.

Im Experiment verglichen die Forscher drei Batteriedesigns: reine Kupfermetallisierung, CuAg-Metallisierung und Ag-Metallisierung. Zur Herstellung der Metallkontakte verwendeten sie Siebdruck- und Dispensiertechnologie. Die Testergebnisse zeigten, dass die Batterie mit Siebdruck aus Silber-Kupfer-Paste auf der Vorderseite und Silberpaste auf der Rückseite einen durchschnittlichen Wirkungsgrad aufwies, der 0,13 % höher war als der des doppelseitig mit Silber-Siebdruck bedruckten Basisgeräts. Die Batterie mit siebgedrucktem Silber-Kupfer auf der Vorderseite und siebgedrucktem Kupfer auf der Rückseite hatte einen Wirkungsgrad von 23,6 %, der nur 0,35 % niedriger war als der der Referenzbatterie, und sparte etwa 70 % der Silberpaste ein. Die Batterie mit siebgedrucktem Kupfer auf beiden Seiten erreichte einen durchschnittlichen Wirkungsgrad von 22,4 %, der höchste Wirkungsgrad erreichte 23,08 % und stellte damit einen Rekord für die höchste Leistung von Batterien ohne Silber auf.

Die Studie ergab außerdem, dass die Kupfer-Rückseiten-Dosiertechnologie eine bessere Leistung bietet als der Kupfer-Siebdruck (SP). Um das Potenzial von Silber-Kupfer- und Kupferpasten voll auszuschöpfen, betonen die Forscher die Notwendigkeit, den Kupfer-Siebdruck- und -Dosierprozess zu optimieren und zu standardisieren, die Breite des Dosierfingers zu reduzieren und den Druckprozess, die Stabilität, Zuverlässigkeit und die wirtschaftlichen Vorteile weiter zu untersuchen.