Fraunhofer ISE drückt den Silberbedarf von TOPCon-Zellen auf ein Zehntel

Das Fraunhofer-Institut für Solare Energiesysteme (ISE) hat eine Lösung gefunden, die für die nächste Kostensenkungsrunde in der Photovoltaik entscheidend werden könnte: einen geringeren Bedarf an Silber. Forschenden in Freiburg ist es gelungen, diesen bei TOPCon-Solarzellen auf 1,1 Milligramm pro Watt Peak zu senken. Derzeit liegt der Durchschnittsbedarf noch bei 10 bis 12 Milligramm.

Erreicht haben sie das mit einem galvanischen Inline-Metallisierungsverfahren auf Pilotanlagen von RENA Technologies. Diese erreichen einen Wirkungsgrad von 24 Prozent und liegen damit auf dem Niveau konventionell per Siebdruck metallisierter Referenzzellen.

Silber wird zum Engpass der Skalierung

Dabei ist TOPCon kein Nischenthema mehr, sondern der Mainstream der Branche. Laut der International Technology Roadmap for Photovoltaics (ITRPV) entfielen 2024 bereits rund 70 Prozent der Waferproduktion auf n-Typ-Wafer. Zugleich überholte TOPCon erstmals PERC als führende Zelltechnologie. Gerade deshalb ist Silber so entscheidend. Die ITRPV weist für 2024 bei M10-Zellen im Schnitt rund 13,5 Milligramm pro Watt Silber für TOPCon; bei PERC lag der Wert mit rund 9 Milligramm pro Watt deutlich darunter. Schon für 2023 schätzte die Roadmap, dass 500 Gigawatt Zellproduktion etwa 5.750 Tonnen Silber verbrauchten – rund 18 Prozent des weltweiten Silberangebots.

Vor diesem Hintergrund zeigt sich die Tragweite des ISE-Lösung besonders deutlich: Bei heutiger TOPCon-Metallisierung entspräche 1 Gigawatt Peak Zellproduktion etwa 10 bis 12 Tonnen Silber. Mit 1,1 Milligramm pro Watt Peak wären es nur noch rund 1,1 Tonnen. Hochgerechnet auf 1 Terawatt Peak (eine Größenordnung, auf die sich die globale PV-Industrie zubewegt) läge die Einsparung bei rund 8.900 bis 10.900 Tonnen Silber. Das ist nicht nur eine Material-, sondern eine strategische Größe.

Dabei geht es um mehr als Kosten. Fraunhofer ISE verweist darauf, dass Silberpasten für die heute übliche Siebdruckmetallisierung stark an chinesische Lieferketten gekoppelt sind. Bei der Kupfer-Galvanik dagegen sind Anlagen, Chemikalien und Rohstoffe breiter verfügbar, auch aus Europa und den USA. Eine erfolgreiche Industrialisierung könnte also zugleich die Versorgungssicherheit verbessern.

Nickel, Kupfer, Silber: der Mix macht’s möglich

Technisch interessant ist der Materialmix: Nickel dient als Diffusionsbarriere gegen Kupfermigration, Kupfer übernimmt die Leitfunktion, ein minimaler Silberanteil bleibt als Oxidationsschutz. Dass das nicht nur im Labor funktioniert, sondern in Chargen, auf Inline-Anlagen und mit stabilen Modulen nach IEC-61215-Tests, macht die Forschungsergebnisse besonders relevant. ,,Die sogenannte Nickel/Kupfer-Galvanisierung könnte innerhalb von zwei bis drei Jahren fest in den Photovoltaik-Markt eingeführt werden", sagt Dr. Sven Kluska, Gruppenleiter für Elektrochemische Prozesse am Fraunhofer ISE. ,,Für Solarzellen-Hersteller hätte sie viele Vorteile, auch wenn sie dafür als Anfangsinvestition Galvanisierungsanlagen in ihren Produktionsprozess integrieren müssen."