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Bergakademie Freiberg will Effizienz von Solarzellen optimieren

TU forscht an Silizium-Solarzelle ohne Wirkungsgradverlust

Wie die Wirkungsgradverluste von hocheffizienten Siliziumsolarzellen auf null gesetzt werden können, erforschen Wissenschaftler des Instituts für Angewandte Physik an der TU Bergakademie Freiberg im Verbundprojekt Zorro. © ISFH

An hocheffizienten Siliziumsolarzellen ohne Wirkungsgradverlust forschen die Wissenschaftler des Instituts für Angewandte Physik an der TU Bergakademie Freiberg im Verbundprojekt Zorro. Gemeinsam soll die Solarzelleffizienz und der Modulenergieertrag moderner Solarzellen optimiert werden.

Die Nutzung des Sonnenlichts durch Photovoltaik-Solarmodule spielt eine bedeutende Rolle unter den Erneuerbaren Energien und im Energiemix. Hierbei besitzt die kristalline Silizium-Technologie einen Anteil von zirka 95 Prozent am Photovoltaik-Weltmarkt. Mit der Entwicklung der sogenannten PERC (Passivated Emitter and Rear Contact)-Solarzelle konnten in den vergangenen Jahren die Wirkungsgrade nochmal einmal deutlich angehoben werden. Sie liegen laut TU Bergakademie Freiberg derzeit bei über 22 Prozent für einkristallines und bei rund 20 Prozent für multikristallines Silizium-Basismaterial.

Im Zorro-Verbundvorhaben wird nun an einem Zero-Degradationskonzept für die industrielle Produktionstechnologie von multi- und monokristallinen PERC-Solarmodulen gearbeitet. Denn die PERC-Solarzellen sind sehr anfällig für Degradation: Der Wirkungsgrad der Solarzelle kann im Betrieb um mehrere Prozentpunkte absinken. Eine der Ursachen für diesen Wirkungsgradverlust ist die Beleuchtung bei erhöhter Temperatur, das so genannte LeTID (Light and elevated Temperature Induced Degradation)-Phänomen. Selbst wenn dieser Degradationsmechanismus in einigen Fällen ausgeschaltet werden kann, sind der Wirkmechanismus und die Ursache des LeTID-Phänomens materialseitig noch nicht grundlegend verstanden.

Ursachen der Defekte werden analysiert

Die notwendige Grundlagenforschung erfolgt unter anderem im Reinraumlabor des Instituts für Angewandte Physik an der TU Bergakademie Freiberg. Dort werden unter anderem die Ursachen der Defekte analysiert und deren Auswirkungen auf die Solarzelleffizienz und den Modulenergieertrag simuliert. Im Fokus steht das Zusammenspiel aus unterschiedlichsten Verunreinigungselementen im Wafergrundmaterial mit Wasserstoff, der während der Herstellung der Solarzelle eingebracht wird.

Das Zorro-Projektkonsortium besteht aus einem Zusammenschluss von vier Forschungseinrichtungen sowie zwei assoziierten Industriepartnern. Das Fraunhofer IISB aus Erlangen, das das Vorhaben koordiniert, bringt seine Expertise im Bereich der Kristallzüchtung ein und übernimmt die Herstellung von gezielt verunreinigtem Silizium-Grundmaterial. Das International Solar Energy Research Center Konstanz (ISC) ist für die Herstellung von PERC-Solarzellen zuständig. Die Defekt- und Degradationsuntersuchungen werden von der Universität Konstanz (UKN) sowie dem Institut für angewandte Physik (IAP) der Technischen Universität Bergakademie Freiberg (Sachsen) durchgeführt. Als assoziierte Industriepartner sind die Wacker Chemie AG und die Centrotherm International AG beteiligt. Quelle: TU Bergakademie Freiberg / al

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