Bei Solarzellen aus Silizium bietet die Kombination industrieerprobter Verfahren wie Siebdruck, mit neuer Zellarchitektur wie der Rückseitenkontaktierung die Chance, die Wirkungsgrade zu steigern und gleichzeitig die Kosten zu senken. Am Photovoltaik Technologie Evaluationscenter PV-TEC des Fraunhofer-Instituts für Solare Energiesysteme ISE werden solche Konzepte seit mehreren Jahren vorangetrieben. Für rückseitenkontaktierte Silizium-Solarzellen wurden nun Wirkungsgrade bis zu 20,2 Prozent erzielt.
In den so genannten MWT-PERC Solarzellen wurden zwei effizienzsteigernde Ansätze vereint. MWT (Metal Wrap Through) steht für eine Verlagerung des externen Vorderseitenkontakts auf die Rückseite der Solarzelle. Dadurch nimmt der Lichteinfang auf der Vorderseite und damit die Solarzelleneffizienz zu. PERC (Passivated Emitter and Rear Cell) beschreibt die optimierte Verspiegelung der Solarzellenrückseite sowie die Passivierung der Oberfläche, wodurch die Effizienz weiter steigt. Der siebgedruckte Aluminium-Rückseitenkontakt wird dabei durch lokales Laserlegieren mit dem p-dotierten Siliziummaterial verbunden. Erst vor kurzem wurden am PV-TEC des Fraunhofer ISE großformatige PERC-Solarzellen aus monokristallinem Silizium mit einem Wirkungsgrad von 19,3 Prozent hergestellt.
Entscheidend für noch höhere Wirkungsgrade ist die verringerte Abschattung, die durch Integration des MWT-Ansatzes ermöglicht wird. Die Effizienz steigt damit für MWT-PERC Solarzellen auf 19,4 Prozent. Durch den Einsatz von hochwertigerem Silizium konnten die Wissenschaftler den Zellwirkungsgrad abermals steigern: Mit 20,2 Prozent wurde der bislang höchste Wirkungsgrad für großformatige Solarzellen gemessen, die mit kostengünstigen und industriell verwendbaren Siebdruck-, Diffusions- und Oxidationsverfahren hergestellt wurden.
Für rückseitig kontaktierte und sammelnde Solarzellen aus n-dotiertem, monokristallinem Floatzone-Siliziummaterial konnte das Team des PV-TEC einen Wirkungsgrad von 20,0 Prozent erzielen. Die schnelle Entwicklung dieser anspruchsvollen, so genannten BC-BJ Solarzellen (Back Contact Back-Junction) konnte durch die Zusammenarbeit mit dem ETAlab des Fraunhofer ISE erzielt werden.
Die hergestellten BC-BJ Solarzellen haben zwar zunächst eine Aperturfläche von 37 x 45 mm², allerdings erlauben alle verwendeten Technologien einen Übertrag auf große Formate. Beim BC-BJ Solarzellentyp befinden sich nicht nur beide Metall-Polaritäten auf der Rückseite der Solarzelle, sondern - im Unterschied zum MWT-PERC Konzept - auch der einsammelnde Emitter. Die Abschattungsverluste auf der Vorderseite können so nochmals reduziert werden und bieten ein sehr hohes Effizienz- und damit langfristig enormes Kosteneinsparungspotenzial. Sowohl die Metallisierung mit einlegiertem Aluminiumemitter als auch die Strukturierungsschritte werden mit Siebdrucktechnologie realisiert.
Beide Solarzellentypen wurden vollständig mit industrienahen Anlagen der PV-TEC Pilotlinie hergestellt und ihre Wirkungsgrade vom CalLab PV Cells, dem zertifizierten Kalibrierlabor für Solarzellen am Fraunhofer ISE, bestätigt. pgl