Silizium-Heterojunction-Solarzellen mit Rekordeinsparung an Silber – nachhaltiger, effizienter und bereit für den Multi-Terawatt-Markt
Die Energiewende ist nicht nur eine Frage von Visionen, sondern auch von Rohstoffen. Mit der global wachsenden Nachfrage nach Photovoltaikmodulen rückt ein kritischer Engpass in den Fokus: Silber. Bisher unverzichtbar für die Kontaktierung moderner Solarzellen, droht das Edelmetall zum Bremsklotz der globalen PV-Produktion zu werden. Doch nun vermeldet das Fraunhofer-Institut für Solare Energiesysteme ISE einen echten Durchbruch – mit Potenzial für die Massenfertigung.
Silber adé: Kupfer als Schlüssel zum skalierbaren Solarausbau
Im Rahmen des vom BMWK geförderten Forschungsprojekts „HIT“ ist es dem Freiburger Fraunhofer ISE gelungen, Silizium-Heterojunction-Solarzellen (SHJ) mit einem Silberverbrauch von lediglich 1,4 Milligramm pro Watt Peak zu fertigen. Zum Vergleich: Der aktuelle industrielle Standard liegt etwa beim Zehnfachen. Möglich wurde dies durch eine ausgeklügelte Materialkombination – Kupfer ersetzt Silber vollständig auf der Zellrückseite und teilweise auf der Vorderseite.
Noch bemerkenswerter: Die neuen Zellen sind nicht nur ressourcenschonender, sondern zugleich leistungsstärker. Dank eines präzisen Feinliniendruckverfahrens und der Nutzung von ultrafeinen Sieben mit Maschenöffnungen von nur 17 Mikrometern konnten die Forscher besonders verlustarme Kontaktstrukturen realisieren. Das Resultat: Höhere Wirkungsgrade bei drastisch reduziertem Edelmetalleinsatz.
Der Rohstoff-Faktor: Warum Silber zur Herausforderung wird
Silber ist teuer – und knapp. Bereits 2024 floss laut Silver Institute etwa ein Drittel des weltweit industriell genutzten Silbers in die Photovoltaik. Mit dem Ziel eines Multi-Terawatt-Solarmarktes wird die Ressourcendiskussion zunehmend zur Achillesferse der Energiewende. Internationale Organisationen wie die IEA oder IRENA fordern daher eine konsequente Materialsubstitution. Die vom Fraunhofer ISE erreichte Marke von 1,4 mg/Wp unterbietet nicht nur das bisherige Ziel von 2 mg/Wp, sondern ebnet den Weg für eine nachhaltige PV-Produktion auf Weltniveau.
Kupfer als Hoffnungsträger: Chancen und Herausforderungen
Kupfer ist etwa 100-mal günstiger als Silber – und deutlich besser verfügbar. Doch der Wechsel auf das unedlere Metall bringt technische Hürden mit sich. Insbesondere Korrosionsanfälligkeit und Kontaktstabilität gelten als Knackpunkte. Das Fraunhofer-Team begegnet diesen mit maßgeschneiderten Kupferpasten, die speziell für das Siebdruckverfahren entwickelt wurden. Zusätzlich kommt das hausinterne Simulationstool „GridMaster“ zum Einsatz, um die optimale Geometrie der Leiterbahnen zu ermitteln.
Industriepartner wie Meyer Burger zeigen sich optimistisch: Die Ergebnisse beweisen, dass Kupfer nicht nur eine Übergangslösung, sondern ein Zukunftsmaterial für die PV-Industrie sein kann – vorausgesetzt, die Fertigungstechnologien werden entsprechend angepasst.
Perspektive: Vom Labor in die Gigafabriken?
Die Innovation des Fraunhofer ISE kommt zur rechten Zeit. Denn weltweit entstehen neue Solarfabriken, etwa in Europa oder den USA, die sich bewusst von asiatischen Lieferketten abkoppeln wollen. Der Silberbedarf war bislang ein limitierender Faktor für die vertikale Integration. Kupferbasierte Technologien könnten nun die Tür zu kosteneffizienter und zugleich nachhaltiger Modulproduktion in großem Maßstab öffnen.
Besucher der Intersolar Europe vom 7. bis 9. Mai 2025 können die neuen SHJ-Zellen mit Kupferkontaktierung am Fraunhofer-Stand (Halle A1) live erleben. Ein weiterer Schritt hin zu einer grüneren, effizienteren Energiezukunft – nicht trotz, sondern wegen technologischer Detailarbeit.
