Effizientere Solarzellen durch neuen Technologieansatz

ISE holt PV-Weltrekord zurück

ISE holt PV-Weltrekord nach Freiburg zurück. © Fraunhofer ISE

Industrie und Forschung arbeiten intensiv an der weiteren Effizienzsteigerung und Kostenreduktion für PV-Zellen. Für multikristallines Silizium haben die Forscher am Fraunhofer ISE jetzt einen Wirkungsgrad von 21,9 Prozent erreicht und damit den Weltrekord wieder nach Freiburg geholt. Bei Modulen hatte das chinesische Unternehmen Trina Solar im Oktober 2016 mit multikristallinem Silizium einen Rekord-Modulwirkungsgrad von 19,86 Prozent gemeldet. Der Modulwirkungsgrad ist immer geringer als der einer Zelle.

Höhere Wirkungsgrade und optimierte Prozessschritte sind entscheidend, um den Preis für Solarstrom zu senken. An beiden Stellschrauben dreht das Freiburger Fraunhofer-Institut für Solare Energiesysteme ISE.

Beim Wirkungsgrad verzeichnen die Freiburger Forscher jetzt einen neuen Weltrekord. Eine multikristalline Siliciumsolarzelle wandelt 21,9 Prozent des Sonnenlichts in elektrische Energie um. Damit hält das Fraunhofer ISE erneut den Weltrekord für multikristalline Siliciumsolarzellen, den es bereits von 2004 bis 2015 innehatte. Die Solarzelle besteht aus n-Typ High Performance (HP) multikristallinem Silicium, das eine im Vergleich zu p-Typ höhere Toleranz gegenüber wichtigen Verunreinigungen, insbesondere Eisen, hat. In der industriellen Fertigung wird heute multikristallines p-Typ Siliciummaterial eingesetzt und die durchschnittlichen Wirkungsgrade liegen bei 19 Prozent.

Der vom Fraunhofer ISE eingeschlagene neue Material- und Technologieansatz hat das Potenzial den Wirkungsgrad für multikristallines Silizium in naher Zukunft auch noch weiter zu verbessern. Für die Weiterentwicklung haben die Forscher bei unterschiedlichen Schritten von der Aus der gesamten Palette von der Kristallisation des Siliziums bis hin zur Qualitätssicherung von PV-Kraftwerken angesetzt.

Das Projekt "multiTOP", in dessen Rahmen das Rekordergebnis erzielt wurde, läuft noch bis März nächsten Jahres. Geleitet wird es von Jan Benick, der am Fraunhofer ISE das Team Innovative Reinraumtechnologien für hocheffiziente Siliciumsolarzellen verantwortet. "Unser Ziel ist es, für die multikristallinen n-Typ Wafer eine weiterführende Zelltechnologie zu entwickeln, die das Potenzial dieses Materials aufzeigt. Die Frage ist, wie weit sich die Effizienzlücke zu monokristallinem Material schließen lässt", erklärt er.

Über die Querschnittsarbeit zwischen Material, Charakterisierung und Zelltechnologie hinaus flossen noch weitere Entwicklungen des Fraunhofer ISE in die neue Weltrekordsolarzelle ein. "Für die Rückseitenkontaktierung kam die am Institut entwickelte TOPCon-Technologie zum Einsatz, mit der wir im letzten Jahr den Weltrekord für beidseitig kontaktierte monokristalline Siliciumsolarzellen auf 25,3 Prozent verbessern konnten", freut sich Dr. Martin Hermle, Abteilungsleiter Hocheffiziente Siliciumsolarzellen am Fraunhofer ISE. Bei TOPCon handelt es sich um einen passivierenden Rückseitenkontakt, der auf der Solarzellenrückseite ganzflächig und strukturierungsfrei aufgebracht wird. Dies vereinfacht den Herstellungsprozess bei gleichzeitiger Erhöhung der Effizienz der Solarzelle. Quelle: ISE / pgl

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