Die Silizium-Photovoltaik (PV) ist weltweit einer der wichtigsten Märkte für gedruckte Elektronik. Das liegt daran, dass auf jedem Wafer ein kleines Stück gebrannte, siebgedruckte Silberpaste aufgebracht ist. In der Tat könnte dies der größte Markt weltweit sein.
Das nachstehende Diagramm - aus der Roadmap ITRPV 2022 des Ministeriums - zeigt die Menge an Ag-Metallisierung, die pro Wafer (sowohl Vorder- als auch Rückseitenmetallisierung) pro Watt verwendet wird, je nach Art der Silizium-Photovoltaik (monofacialer p-Typ, TOPCon n-Typ, HJT n-Typ usw.). Daraus geht hervor, dass heute etwa 25-30 Tonnen pro GW Solarstrom für HJT n-Typ-PV und etwa 12-14 Tonnen für monofaciale und bifaciale Typen verwendet werden. In Anbetracht der Größe des PV-Marktes entspricht dies einem Markt von über 100 Tonnen pro Jahr!
Wie aus den nachstehenden Diagrammen hervorgeht, ist der Siebdruck nach wie vor die vorherrschende Technologie für die Metallisierung, obwohl andere Technologien seit langem versuchen, auch nur eine kleine Delle in diesen Bereich zu machen. Langfristig ist zu erwarten, dass andere Technologien wie die Beschichtung auf der Saatschicht oder der Schablonendruck ein wenig Fuß fassen werden, obwohl wir diese Geschichte schon zu oft gehört haben.
Es gibt verschiedene Siebdrucktechniken. Einzeldruck und Doppeldruck (Finger und Busbar werden in zwei separaten Schritten gedruckt) sind die gängigsten Verfahren. Der Doppeldruck (Druck einer zweiten Schicht auf ein bereits gedrucktes Sieb für ein besseres Seitenverhältnis) ist ebenfalls sehr beliebt. Der Vorteil des Doppeldrucks besteht darin, dass für die Finger und die Stromschienen unterschiedliche Pastenarten verwendet werden können, was optimale Ergebnisse ermöglicht.
Es gibt natürlich immer einen Trend, die Linienbreite der im Siebdruckverfahren hergestellten Leitungen zu verringern, während gleichzeitig ein hohes Seitenverhältnis, ein ausgezeichneter ohmscher Kontakt und eine hohe Leitfähigkeit beibehalten werden. Dies ist seit Jahren die Richtung der Entwicklung. Heute ist der Stand der Technik in der Produktion eine Siebdrucklinienbreite von etwa 34-35 um. Die Industrie erwartet, dass sich dies bis zu einer Linienbreite von 20 um entwickeln wird, was für den Siebdruck sehr schmal ist und einen echten Fortschritt darstellen würde.
Auf der Folie unten sehen Sie ein Beispiel vom Fraunhofer ISE (2019), das einen Siebdruckfinger mit einer Linienbreite und Höhe von 19 um bzw. 18 um zeigt. Dies ist meiner Meinung nach der Stand der Technik und erfordert eine enge Zusammenarbeit aller Beteiligten, von den Herstellern rostfreier Gewebe über die Pasten- und Partikelhersteller bis hin zu den Emulsionsherstellern und so weiter.
Dies ist ein unglaublich wichtiger Markt für die gedruckte Elektronikindustrie. Außerhalb Chinas sind die wichtigsten Partikelhersteller nach wie vor Dowa, Ames Goldsmith, Metalor und Technic. Es gibt viele Hersteller von Pasten, darunter Heraeus, DuPont, usw. Da sich der Markt in China befindet, hat sich natürlich auch die Lieferkette dorthin verlagert, wobei die chinesischen Anbieter sowohl in Bezug auf ihren Marktanteil als auch auf ihre technologischen Fähigkeiten zunehmen. In der Tat stehen ihre Pulver und Pasten dem Stand der Technik nicht mehr wesentlich nach.
Um ihren Marktanteil zu sichern, müssen andere ihre Partikel-/Pulver- und Pastentechnologie so weiterentwickeln, dass sie den Weg zu immer schmaleren gedruckten Linienbreiten ohne Effizienzverluste mitgehen können. Dies ist eines der Leitprinzipien für die Technologieentwicklung.
Schließlich veröffentlicht das Fraunhofer ISE einen ausgezeichneten und sehr detaillierten Jahresbericht über den Zustand der weltweiten Photovoltaikindustrie. Wie unten dargestellt, beläuft sich die weltweite Produktion bereits auf über 140 GW/Jahr, wobei 82 % in Asien produziert werden.
Um das Ausmaß dieser Industrie zu unterstützen, muss jede Metallisierungstechnologie einen hervorragenden Durchsatz aufweisen. Die ITRPV-Roadmap 2022 skizziert auch den Durchsatz für die Backend-Schritte. Sie zeigt, dass Siebdruckmaschinen heute etwa 7000 Wafer pro Stunde (180 x 182 mm2) verarbeiten. Es wird erwartet, dass dieser Wert in einem Jahrzehnt auf über 9000 Wafer pro Stunde ansteigen wird. Dies wird hier aufgenommen, um das Ausmaß der Herausforderung zu verdeutlichen, der sich alternative Verfahren, einschließlich berührungsloser Technologien wie Inkjet, gegenübersehen. [This is automatically translated from English]
