原材料，特别是银的价格上涨和可用性低，导致光伏组件生产成本上升。弗劳恩霍夫的研究人员开发了一种电镀工艺，用铜代替昂贵的贵金属银，铜更容易获得。他们还成功地取代了通常在电镀过程后留下的聚合物，这些聚合物的处理成本很高，取而代之的是使用易于回收的铝进行掩蔽。为了更快地将该技术推向市场，推出了附带产品PV2+。
在利用可再生能源发电方面，光伏发电是一个支柱。现代异质结太阳能电池具有特别低的CO2足迹，因为用于生产它们的硅含量较低，并且在工业生产中，它们实现了最高水平的效率。因此，这项技术很有可能成为生产标准。有数字表明，光伏发电的重要性日益增加。根据国际可再生能源署（IRENA）的数据，2012年全球光伏系统产生的能量超过96太瓦时，到2020年，这一数字上升到近831太瓦时。根据德国环境署的数据，德国光伏发电的发电量同期从近27太瓦时上升到近50太瓦时。
这决不是光伏发电所能提供的极限。然而，当制造太阳能电池时，有价值的银被用于汇流条和触点，其传导通过太阳辐射在硅层中产生的电。这种贵金属的价格正在上涨鈥攅即使在今天，银也占光伏组件制造价格的10%左右。此外，地球上可用的金属数量有限。太阳能行业处理15%的白银开采，但由于该行业的高增长率，这一比例将大幅上升。然而，这将是不可行的，因为电动汽车和5G技术等其他行业也报告称，预计未来白银的使用量将增加。这就是为什么太阳能产业需要突破性的技术创新才能充分发挥其潜力。
太阳能电池触点用铜
Fraunhofer太阳能系统研究所ISE的研究人员已经接受了这一挑战。该弗赖堡研究所拥有约1400名员工，是欧洲最大的太阳能研究所。由金属化和结构化专家Markus Glatthaar博士领导的一组研究人员开发了一种电镀工艺，用于有前景的异质结技术，以铜取代银。铜比银便宜很多倍，而且更容易获得。
为了确保太阳能电池的导电表面不完全电镀铜，必须首先掩蔽不应涂覆的表面区域。这些区域被具有电绝缘效果的涂层覆盖，从而防止它们被电镀。铜层将仅在未涂覆绝缘层的区域中形成。
研究人员在这方面取得了另一个重大进展：到目前为止，该行业已经使用昂贵的聚合物基漆或层压箔来在电解液浴中屏蔽硅晶片。正确处理聚合物是一个昂贵的过程，会产生大量废物。Glatthaar博士和他的团队已经能够用铝替代聚合物。和铜一样，铝也是完全可回收的。将材料从银改为铜，从聚合物改为铝，这两次转换也带来了两倍的好处：生产太阳能电池不仅更可持续，而且成本更低。
科学突破：创新电镀和改进电解质
但是，研究人员是如何设法取代昂贵的贵金属银的呢？“我们开发了一种特殊的电镀工艺，可以在母线上使用铜而不是银，”Glatthaar博士解释说。这甚至提高了导电性鈥攖铜接触线由于其激光结构而特别窄。由于铜线的宽度非常小，只有19渭m（微米）时，光吸收硅层经历比银线更少的阴影。这和电镀铜的高导电性提高了产电量。
Fraunhofer团队在使用铝作为掩模层方面也取得了第二项技术成就。这里的困难在于铝的导电性，乍一看，它不适合用作掩模。弗劳恩霍夫研究人员利用了铝可以在其表面形成绝缘氧化层的事实。然而，该层只有几纳米厚。“我们能够调整工艺参数，开发出一种特殊类型的电解质，以确保铝的极薄天然氧化物层能够可靠地履行其绝缘功能。这是我们研究项目成功的一个重要里程碑，”Glatthaar博士高兴地报告。
作为可回收材料，铜和铝都可以使光伏生产更接近循环经济，提高过程中的环境和社会标准。“鉴于我们在德国有足够的铜供应，供应链要短得多，价格对国际原材料市场或外国供应商的依赖性也要小得多，”Glatthaar博士补充道。
附带产品PV2+将太阳能技术推向市场
为了更快地将有前景的技术推向市场，Fraunhofer ISE推出了衍生产品PV2+。字母“P”和“V”代表光伏，“2+”表示电镀槽中铜离子的双正电荷。该公司还总部设在弗赖堡，弗劳恩霍夫研究员格拉特哈尔博士担任首席执行官。他计划最早在2023年初与工业合作伙伴建立一个试点生产工厂。
正如Fraunhofer ISE研究所所长Andreas Bett教授所解释的，“这些创新的太阳能电池是未来基于可再生能源的电力供应的重要踏脚石。它们将给光伏行业带来急需的推动力。这种衍生产品具有巨大的潜力，可以迅速成功地在市场上立足。当然，我们特别高兴的是，我们的研究所开发了这些技术。”
