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Ceren Yüce

Dipl.-Ing. Ceren Yüce

Group: 

Applied Mechanics (AME)


Room: 219
Phone: +49 721-608-43760
Fax: +49 721 608-43758
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KIT - Campus Süd
Institut für Mechanische Verfahrenstechnik und Mechanik

Arbeitsgruppe Angewandte Mechanik
Gotthard-Franz-Straße 3, Geb. 50.31 
76131 Karlsruhe



Hochleitfähige Silberpasten für Silizium-Solarzellenkontaktierung und andere Anwendungen in der gedruckten Elektronik

Hochleitfähige Silberpasten für Silizium-Solarzellenkontaktierung und andere Anwendungen in der gedruckten Elektronik

Elektronische Bauteile oder Komponenten, wie beispielsweise Solarzellenfrontkontakte, werden durch Druck- und Beschichtungstechniken kostengünstig gefertigt. Eine zentrale Rolle bei der Herstellung gedruckter Elektronik spielt das Siebdruckverfahren. Hierfür werden leitfähige Pasten benötigt, deren Fließ- und Benetzungseigenschaften sorgfältig auf Substrat und Prozess abgestimmt werden müssen.

Unsere Forschung konzentriert sich auf die Metallisierung von Si-Solarzellen, Ziel ist es durch ein detailliertes Verständnis des Druckvorgangs und die Entwicklung geeigneter Pasten, die Effizienz von Solarzellen zu steigern und die Herstellkosten für die Zellen zu reduzieren.

Einerseits sollen die für das Siebdruckverfahren relevanten rheologischen Stoffeigenschaften bestimmt werden, um darauf aufbauend konventionelle Silberpasten zu verbessern. Anderseits soll ein innovatives Pastenkonzept evaluiert und entwickelt werden, das eine signifikante Verbesserung der elektrischen Eigenschaften bei gleichzeitiger Reduktion des Silberverbrauchs erbringt. Die Pasten werden als sog. Kapillarsuspensionen, d.h. als Dreiphasen-Systeme, die zwei nicht-mischbare Flüssigkeiten enthalten, formuliert. Stabilität und Druckbarkeit der Pasten werden durch Kapillarbrücken zwischen den dispergierten Silberpartikeln gesteuert. Solche Pasten besitzen extrem hohe Lagerstabilitäten und aufgrund des geringen Agglomeratanteils im Vergleich zum Stand der Technik sehr gute Beschichtungseigenschaften. Die Zugabe nicht-flüchtiger, organischer Komponenten ist überflüssig, so dass intrinsisch eine hohe Leitfähigkeit der gesinterten Schicht gewährleistet ist. Durch die Anpassung der Fließeigenschaften soll das Drucken feinerer Linien (< 30 µm) mit hohem Aspektverhältnis, d.h. geringer Abschattung, und hoher Homogenität längs der Linie ermöglicht werden, so dass die kontaktierten Zellen einen im Vergleich zum Stand der Technik erhöhten Wirkungsgrad aufweisen. Weitere Vorteile des neuen Formulierungskonzepts sind kürzere Pasten-Produktionszeiten und einfache Anpassung der Rezeptur an wechselnde Anforderungen im Druckprozess.

Highly conductive silver pastes for silicon solar cells and other printed electronics applications

Highly conductive silver pastes for silicon solar cells and other printed electronics applications

Electronic components, such as front contacts of solar cells, are manufactured cost-efficiently using printing and coating technologies, and screen-printing plays a key role in the production of printed electronics. This requires conductive pastes with flow and wetting properties carefully matched to the substrate and the process.

Our focus is to increase the efficiency of solar cells and to reduce the manufacturing costs for the cells through a detailed understanding of the printing process and the development of suitable pastes.

On the one hand, the rheological properties relevant for the screen printing process have to be determined in order to improve conventional silver pastes. On the other hand, an innovative paste concept is developed that significantly improves the electrical properties while simultaneously reducing silver consumption. The pastes are formulated as so-called capillary suspensions, i.e. as three-phase systems containing two immiscible liquids. Stability and printability of the pastes are controlled by capillary bridges between the dispersed silver particles. Such pastes have extremely high storage stabilities and excellent coating properties due to their low agglomerate content. The addition of non-volatile, organic components is not necessary anymore and thus a high conductivity of the sintered layer is guaranteed. The adjustment of flow properties allows for printing of fine lines (< 30 µm) with high aspect ratio, i.e. low shading. High homogeneity along the printed line must also be granted to excel the state of the art in terms of cell efficiency. Further advantages of the new formulation concept are shorter paste production times and simple adjustment of the formulation to changing requirements in the printing process.

Diplom-, Master-, Studien- und Bachelorarbeiten Ceren Yüce
Titel Betreuer Typ Datum

Dipl.-Ing. Ceren Yüce

Bachelorarbeit ab sofort

Dipl.-Ing. Ceren Yüce

Bachelorarbeit abgeschlossen

Dipl.-Ing. Ceren Yüce

Bachelorarbeit abgeschlossen


Publications

  1. Ceren Yüce, Norbert Willenbacher
    Challenges in Rheological Characterization of Highly Concentrated Suspensions - A Case Study for
    Screen-printing Silver Pastes
    Journal of visualized experiments: JoVE 122 (2017)
     
  2. Susanne Wollgarten, Ceren Yüce, Erin Koos, Norbert Willenbacher
    Tailoring flow behavior and texture of water based cocoa suspensions
    Food Hydrocolloids 52, 167-174 (2016)

Presentations

  1. Ceren Yüce, Markus König, Axel Grumbach, Norbert Willenbacher
    Rheology of screen-printing pastes and their continuous phase (Talk)
    The Annual European Rheology Conference (AERC 2017) co-organized with the 26th Nordic Rheology Conference,
    3.4. - 6.4.2017, COPENHAGEN, Denmark

     
  2. Ceren Yüce, Claude Oelschlaeger, Markus König, Axel Grumbach, Norbert Willenbacher
    Challenges in rheological characterization of screen-printing pastes for solar cell application (Poster)
    The XVIIth International Congress on Rheology (ICR2016), 08.08. - 13.08.2016, KYOTO, Japan
     
  3. Ceren Yüce, Monica Schneider, Markus König, Axel Grumbach, Michael Linse, Max Pospischil, Florian Clement, Norbert Willenbacher
    Benefits of screen printed finger lines manufactured from an innovative, additive-free silver paste formulation (Talk)
    32nd European Photovoltaic Solar Energy Conference and Exhibition (EU PVSEC 2016), 20.06. - 24.06.2016, MUNICH, Germany
     
  4. Ceren Yüce, Markus König, Axel Grumbach, Norbert Willenbacher
    Herausforderungen bei der rheologischen Charakterisierung von Siebdruckpasten für Solarzellen (Talk)
    Gemeinsame Diskussionstagung der Deutschen Rheologischen Gesellschaft (DRG) und der ProcessNet Fachgruppe "Rheologie", 14.03. - 15.03.2016, BERLIN, Germany
     
  5. Monica Schneider, Ceren Yüce, Norbert Willenbacher
    Novel, additive-free formulation concept for metallization pastes with optimized printing and electrical properties (Poster)
    31st European Photovoltaic Solar Energy Conference and Exhibition (EU PVSEC 2015), 14.09. - 18.09.2015, HAMBURG, Germany