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Neues Konzept für Rückseite vereinfacht Herstellung

Fraunhofer ISE erzielt Rekord bei Silizium-PV-Zellen

15.09.2015, 10:30

Forscher mit Topcon-Zellen
Topcon-Zellen sollen hohen Ertrag bringen. © Fraunhofer ISE

Das Fraunhofer-Institut für Solare Energiesysteme ISE hat einen neuen Rekordwert für die Effizienz von Siliziumsolarzellen aufgestellt. Für eine beidseitig kontaktierte Siliziumsolarzelle wurde erstmals ein Wirkungsgrad von 25,1 Prozent gemessen.

Versehen mit einem einfachen strukturierungsfreien Rückseitenkontakt wandelt dieser Solarzellentyp mehr als ein Viertel des einfallenden Sonnenlichts in Strom um. Das neue Rückseitenkonzept bietet großes Potenzial für weitere Effizienzsteigerungen.

Das Rekordergebnis des Fraunhofer ISE ist der höchste jemals erreichte Wirkungsgrad für Siliziumsolarzellen, bei denen die Metallkontakte auf Vorder- und Rückseite aufgebracht sind. Die Besonderheit der Zelle ist ein neues Rückseitenkonzept in Form eines ganzflächigen passivierten Kontakts. "Bisher wurden zur Steigerung des Wirkungsgrads von Solarzellen immer komplexere Solarzellenstrukturen verwendet", so Martin Hermle, Abteilungsleiter "Hocheffiziente Siliziumsolarzellen" am Fraunhofer ISE. "Der große Vorteil an unserem Konzept ist, dass wir durch die Entwicklung einer neuartigen Rückseitenstruktur den Kontakt auf der Solarzellenrückseite ganzflächig und strukturierungsfrei aufbringen können, das heißt im Vergleich mit den momentan verwendeten hocheffizienten Solarzellenstrukturen vereinfachen wir den Herstellungsprozess und erhöhen dennoch die Effizienz der Solarzellen", erläutert Hermle.

Bei der vom Fraunhofer ISE entwickelten so genannten TOPCon-Technologie (Tunnel Oxide Passivated Contact) wird der Rückseitenkontakt strukturierungsfrei auf der Solarzellenrückseite aufgebracht. Hierfür haben die Freiburger Forscher einen selektiven passivierten Kontakt entwickelt, der die Majoritätsladungsträger passieren lässt, während die Minoritätsladungsträger nicht rekombinieren. Die ganzflächige Passivierungsschicht der Solarzelle wurde auf eine Dicke von ein bis zwei Nanometer reduziert, so dass die Ladungsträger durch diese hindurch tunneln können. Zusätzlich wird auf das ultradünne Tunneloxid eine dünne Schicht aus hochdotiertem Silizium flächendeckend abgeschieden.

Diese Kombination erlaubt, dass der Strom verlustfrei aus der Solarzelle abfließen kann, die Rekombination aber gleichzeitig verhindert wird. Die in der Industrie aktuell noch dominierende Solarzelle hat als Rückseitenkontakt einen ganzflächigen einlegierten Aluminiumkontakt, der jedoch den Wirkungsgrad dieser Solarzelle limitiert.

Zur Steigerung des Wirkungsgrads wird daher derzeit die PERC-Solarzelle (Passivated Emitter Rear Cell) von vielen Firmen in die Produktion überführt. Bei der PERC-Solarzelle wird nur ein kleiner Teil der Rückseite kontaktiert, um die Rekombination der Ladungsträger zu minimieren. Dieses Vorgehen erfordert jedoch zusätzliche Strukturierungsschritte und führt dazu, dass der Strom über längere Wege aus der Solarzelle abgeleitet werden muss.

TOPCon ist ein möglicher Ansatz, um diese Leistungsverluste zu reduzieren. "Mit der TOPCon-Technologie haben wir ein zukunfts­weisendes Konzept entwickelt, um die Effizienz von Siliziumsolarzellen zu steigern", so Stefan Glunz, Bereichsleiter "Solarzellen - Entwicklung und Charakterisierung". Quelle: Fraunhofer ISE / pgl

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