Analyse und Auswahl geeigneter Thermoplaste für eine lötfreie Verschaltung von Solarzellen mittels der TECC-Wire-Technologie

  • type:Masterarbeit
  • time:as of now
  • tutor:

    M.Sc. Jonas Marten

Solarzellen werden üblicherweise mit gelöteten Kupferdraht-Verbindern zu PV-Modulen ver-schaltet. Für die Verbindung temperatursensitiver Solarzellen wie z.B. Heterojunction- oder Tandem-Solarzellen werden neue Technologien benötigt. Bei der TECC-Wire-Technologie erset-zen versilberte Kupferdrähte die sonst üblichen Stromsammler, dies führt zu Silbereinsparungen und soll zu einer Effizienzsteigerung aufgrund von Widerstands- und Verschattungsminimierung führen.
Die Drähte sind mit einer dünnwandigen, elektrisch leitfähigen, thermoplastischen Klebstoff-Schicht ummantelt, um eine dauerhafte elektrisch leitende Verbindung bei niedrigen Prozess-Temperaturen (< 200°C) herstellen zu können. Entscheidende Kriterien für die Anwendung von Klebstoffen sind zum einen die Gesamtfestigkeit der Klebung (Adhäsion, Kohäsion), die Schmelz- und Erstarrungstemperatur und Benetzbarkeit der beteiligten Fügeteile.  Zudem soll der Kleb-stoff eine möglichst geringe Offenzeit haben, um den hohen Taktzeiten im Stringer von weniger als 10 Sekunden gerecht zu werden. Polymerklassen wie thermoplastisches Polyurethan (TPU), Polyvinylbutyral (PVP), Ethylenvinylacetat (EVA) und Polyamid (PA) sind mögliche Materialien, die teilweise schon in ähnlichen Anwendungen zum Einsatz kommen.

Im Rahmen dieser Arbeit sollen die vier verschiedenen Polymerklassen (TPU, PVB, EVA, PA) auf die oben genannten Eigenschaften untersucht werden. Basierend auf den Ergebnissen wird an-schließend ein Polymer ausgewählt, mit dem leitfähige Formulierungen entwickelt werden sol-len. Als erstes wird die Adhäsion der Polymere auf dem Wafer überprüft. Hierfür wird eine dün-ne Polymerschichten auf den Wafer aufgetragen und mit Hilfe eines 90°-Schältests abgezogen. Die Kohäsion wird durch Zugversuche bestimmt. Zur Charakterisierung des Schmelz- und Erstar-rungsverhaltens werden sogenannte Differential Scanning Calorimetry (DSC) Messungen durchge-führt. Für eine Beurteilung der Benetzung und Kontaktbildung werden im interessanten Tempe-raturbereich (120°C-200°C) die Viskositätsfunktionen der Polymerschmelzen und deren Kon-taktwinkel auf dem Wafer gemessen.

Im zweiten Teil dieser Abschlussarbeit soll ein Heißpressverfahren zur Kontaktierung von Wafern mit Drähten optimiert werden. Das Verfahren soll dabei möglichst genau den industriellen Pro-zess abbilden. Um das Heißpressverfahren zu validieren sollen Drähte und Wafer mit dem im ersten Teil der Arbeit ausgewählten Polymeren verpresst werden. Die Ergebnisse der DSC- und Viskositätsmessung werden herangezogen, um eine optimale Verarbeitungstemperatur sicherzu-stellen. Zudem soll mit für die Industrie typischen Drücken gearbeitet werden. Im letzten Schritt soll ein weiterer 90°-Schältests an kontaktierten Wafern durchgeführt werden, um die Klebeverbindung Wafer-Polymer-Draht zu beurteilen.
 
Abschließend sollen die Ergebnisse in Form einer schriftlichen Ausarbeitung sowie einem Semi-narvortrag zusammengestellt werden.