Bleifreie Lotpasten für Hocheffizienzsolarzellen

Die Photovoltaik ist eine der zentralen Schlüsseltechnologien für eine klimaneutrale und sichere Energieversorgung. Um die Leistungsfähigkeit moderner Solarzellen weiter zu steigern, müssen jedoch nicht nur die Zellen selbst, sondern auch die Verfahren zu ihrer elektrischen Kontaktierung weiterentwickelt werden. Genau hier setzt das Forschungsprojekt »LOTSE« am Fraunhofer-Institut für Mikrostruktur von Werkstoffen und Systemen IMWS in Halle (Saale) an. Im Mittelpunkt steht die Erforschung und Entwicklung einer kostensparenden elektrischen Kontaktierung von Solarzellstrings mittels bleifreier Lotpasten, die Kostenvorteile bei der Fertigung bieten und für die Verschaltung empfindlicher Hocheffizienzsolarzellen geeignet sind.

Für die elektrische Leistungsfähigkeit und Zuverlässigkeit von Solarzellen ist die Qualität ihrer Kontaktierung von entscheidender Bedeutung. Dabei werden Metalldrähte auf die Oberseite und Unterseite der Zellen aufgelötet. In der etablierten Produktion kommen hierfür häufig Zinn-Blei-Lote zum Einsatz. Angesichts der zunehmenden Empfindlichkeit mancher moderner Hocheffizienzsolarzellen gegenüber thermischen Belastungen, der Ressourcenkosten und -verfügbarkeit von Silber und der ökologischen Nachteile bleihaltiger Materialien besteht jedoch ein dringender Bedarf an neuen Lösungen. Gleichzeitig gewinnen ressourcenschonende und energieeffiziente Produktionsverfahren angesichts steigender Anforderungen an eine nachhaltige Photovoltaik an Bedeutung.

»Wir wollen zeigen, dass bleifreie Lotpasten als Alternative zu silberhaltigen leitfähigen Klebstoffen in einen bestehenden Fertigungsprozess dienen können. Damit verbinden wir technologische Leistungsfähigkeit und Kostensenkungen mit mehr Nachhaltigkeit«, sagt Dr. Stephan Großer, Projektleiter am Fraunhofer IMWS. Ein wesentlicher Schwerpunkt des Projekts liegt daher auf dem vertieften Verständnis der Kontaktbildung zwischen Lotpaste, Solarzelle und Draht. Insbesondere Niedertemperaturverschaltungen sollen untersucht werden, da sie sowohl den Einsatz der neuen Materialien auf temperaturempfindlichen Hocheffizienzzellen ermöglichen, zur Silbereinsparung beitragen und zusätzlich den Energiebedarf bei der Herstellung reduzieren können. Dabei geht es um die genaue Abstimmung von Lotpaste und Prozessführung auf die Kontaktstruktur. Nur wenn diese Faktoren optimal zusammenspielen, lassen sich dauerhaft stabile und leistungsfähige Verbindungen herstellen.

Mithilfe etablierter und neu entwickelter Analyseverfahren werden die Kontaktstrukturen auf Homogenität, Stabilität und mögliche Fehler untersucht. So sollen Kontaktfehler und Inhomogenitäten frühzeitig erkannt und ihre Auswirkungen auf Zuverlässigkeit und Lebensdauer bewertet werden. Die detaillierte mikrostrukturelle Analyse liefert dabei wichtige Erkenntnisse darüber, wie sich die Lotpaste mit den metallischen Kontaktstrukturen der Solarzellen verbindet. Damit können mögliche Schwachstellen identifiziert und Lotpasten sowie Prozessführung gezielt weiterentwickelt werden.

Parallel dazu werden gemeinsam mit Industriepartnern geeignete, kostengünstige und umweltfreundliche Materialien ausgewählt und erprobt. Die enge Zusammenarbeit mit Unternehmen entlang der Wertschöpfungskette soll sicherstellen, dass die entwickelten Lösungen nicht nur unter Forschungsbedingungen funktionieren, sondern auch für eine spätere industrielle Umsetzung relevant sind.

Der Verzicht auf Blei, die Substitution von Silber und die Senkung der Verarbeitungstemperaturen bieten dabei sowohl ökologische als auch wirtschaftliche Vorteile. Neben einer verbesserten Umweltverträglichkeit und Recyclingfähigkeit von PV-Modulen kann die Verwendung kostengünstiger, gut verfügbarer Materialien dazu beitragen, regionale Wertschöpfungsketten zu stärken und die Wettbewerbsfähigkeit europäischer Unternehmen zu sichern. Gleichzeitig können innovative Kontaktierungstechnologien dazu beitragen, die Herstellungskosten zu reduzieren und die Photovoltaik als wichtige Säule einer nachhaltigen Energieversorgung weiterzuentwickeln.

(7. Oktober 2026)