Eine aktuelle Studie aus dem Jahr 2026 demonstriert die Entwicklung einer neuartigen TOPCon-Solarzelle, die mit screen-gedruckten, fire-through Kupfer-Kontakten (Cu) auf der Rückseite und Silber-Kontakten (Ag) auf der Vorderseite gefertigt wird. Durch den Einsatz der Laser-Enhanced Contact Optimization (LECO) wird der Kontaktwiderstand signifikant gesenkt, sodass die Zelle eine gemessene Effizienz von 24,3 % erreicht – nur 0,2-0,3 % weniger als vergleichbare Silber-Kontakt-Zellen. Die Technologie verspricht nicht nur eine Kostenreduktion, sondern auch eine hohe thermische Stabilität über 1000 Stunden bei 200 °C.
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Entwicklung und Technologie der Kupfer-Kontakt-TOPCon-Solarzelle
Die Forschungsgruppe aus den USA hat die TOPCon-Solarzellen mit einem speziellen, screen-druckbaren Cu-Paste von Bert Thin Films hergestellt. Das Paste kann in Luft gedruckt und bei 500-600 °C gebrannt werden, wodurch eine Cu-Diffusion durch die Bildung einer dünnen Cu-Oxidschicht um die Partikel verhindert wird. Auf der Vorderseite wird ein herkömmlicher Silber-Paste mit 135 Gitterlinien bei 700 °C gebrannt. Der LECO-Prozess nutzt einen stark fokussierten Laserimpuls bei einer konstanten Rückwärtsspannung von über 10 V, wodurch ein Stromfluss von mehreren Ampere den Kontaktwiderstand zwischen Halbleiter und Metall erheblich reduziert.
Alle verwendeten Werkzeuge und Prozesse sind bereits in der PV-Industrie etabliert, sodass der Austausch des herkömmlichen Ag-Pastes durch das neue Cu-Paste eine plug-and-play-Alternative darstellt.
Eine neuere Studie hat gezeigt, dass die Effizienz der Kupferkontakt-Solarzellen mit 24,3 % nur 0,2-0,3 % hinter den hochmodernen Silberkontakt-Solarzellen zurückbleibt (S1, 2026). Dies unterstreicht das Potenzial, Kupfer als tragfähige und kostengünstigere Alternative in der industriellen Produktion zu etablieren.
Darüber hinaus haben unabhängige Tests ergeben, dass diese neuen Solarzellen unter thermischen Bedingungen von 200 °C über einen Zeitraum von 1000 Stunden kaum Leistungseinbußen zeigen, was ihre Langzeitstabilität garantiert (S2, 2026). Diese Ergebnisse könnten die neuen Zellen zu einer bevorzugten Wahl für Hersteller machen, die Produktionskosten senken möchten.
LECO – Laser Enhanced Contact Optimization
LECO steht für Laser Enhanced Contact Optimization. Durch einen intensiven Laserimpuls bei hoher Rückwärtsspannung wird der Kontaktwiderstand zwischen Halbleiter und Metall drastisch reduziert. In den Tests sank der Kontaktwiderstand von etwa 300 mΩ·cm² auf rund 10 mΩ·cm², was zu einer verbesserten Zellleistung führt.
Effizienzvergleich: Kupfer- vs. Silberkontakt
- Kupferkontakt-Zellen: 24,3 % (gemessen 2026, Quelle S1)
- Silberkontakt-Zellen: 24,6-24,7 % (gemessen 2026, Quelle S1)
- Effizienzdifferenz: 0,2-0,3 % zugunsten von Silber
Der minimale Unterschied belegt, dass Kupfer eine praktikable Alternative zu Silber darstellt, insbesondere wenn die Gesamtkosten berücksichtigt werden.
Langzeitstabilität unter thermischer Belastung
- Testbedingungen: 200 °C, Stickstoffatmosphäre, 1000 Stunden
- Leistungseinbußen: weniger als 0,05 % (Quelle S2)
- Ergebnis: Kaum Veränderung von Offen-Circuit-Spannung und pseudo-Fill-Factor
Die Stabilitätstests bestätigen, dass die Kupfer-Kontakt-Solarzellen auch unter extremen thermischen Bedingungen zuverlässig funktionieren.
Kosten- und Materialvorteile der Kupfertechnologie
Silber ist ein teures Metall, das in der PV-Industrie stark nachgefragt wird. Der Ersatz durch Kupfer reduziert die Produktionskosten deutlich, da Kupfer günstiger und in großen Mengen verfügbar ist. Zusätzlich ermöglicht das Cu-Paste die Fertigung in Luft, was weitere Prozesskosten senkt.
- Reduzierung der Materialkosten durch Wegfall von teurem Silber
- Einfachere Handhabung: Cu-Paste kann bei niedrigeren Temperaturen gebrannt werden
- Plug-and-play-Integration in bestehende Fertigungsstraßen
Herausforderungen und Gegenargumente
Ein häufig genanntes Risiko ist der höhere Kontaktwiderstand von Kupfer im Vergleich zu Silber. Dieser kann die Gesamteffizienz der Zelle leicht mindern, wenn er nicht durch geeignete Prozessoptimierungen, wie etwa die LECO-Behandlung oder eine erhöhte Rückseiten-Kontaktabdeckung, kompensiert wird.
- Höherer intrinsischer Kontaktwiderstand von Cu
- Notwendigkeit präziser LECO-Parameter (z. B. 17-19 V Rückwärtsspannung)
- Potential für Cu-Diffusion bei zu hohen Brenntemperaturen
FAQ zur LECO-Technologie
Was ist LECO?LECO steht für Laser Enhanced Contact Optimization und verbessert den Kontaktwiderstand bei Solarzellen durch einen stark fokussierten Laserimpuls.
Fazit
Die Entwicklung von TOPCon-Solarzellen mit screen-gedruckten Kupfer-Kontakten und der LECO-Behandlung markiert einen bedeutenden Schritt hin zu kostengünstigeren und gleichzeitig hocheffizienten Photovoltaik-Lösungen. Mit einer gemessenen Effizienz von 24,3 % liegt die Kupfer-Technologie nur minimal hinter den etablierten Silber-Kontakt-Zellen, während die thermische Stabilität von weniger als 0,05 % Leistungseinbußen nach 1000 Stunden bei 200 °C die Zuverlässigkeit unter realen Einsatzbedingungen belegt. Trotz des noch etwas höheren Kontaktwiderstands von Kupfer zeigen die Ergebnisse, dass durch gezielte Prozessoptimierungen – insbesondere den LECO-Prozess – ein konkurrenzfähiges Leistungsniveau erreicht werden kann. Die Kombination aus niedrigen Materialkosten, vorhandenen Fertigungsprozessen und nachgewiesener Langzeitstabilität macht die Kupfer-Kontakt-TOPCon-Solarzelle zu einer vielversprechenden Alternative für die zukünftige Massenproduktion von Solarzellen.
