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20% Wirkungsgrad in Sicht für industrienahe Siliciumsolarzellen

(10.3.2011) Forschern des Fraunhofer-Instituts für Solare Energiesysteme (ISE) konnten neue Spitzen-Wirkungsgrade für einfach herzustellende großflächige Siliciumsolarzellen erzilen. Mit weiter entwickelten Zellstrukturen konnten sie demonstrieren, dass in naher Zukunft Wirkungsgrade von 20% realisierbar sind.

Siliciumsolarzelle

Mehr als 80% der aktuell hergestellten Solarzellenleistung basiert auf kristallinem Silicium. Ziel von Industrie und Forschung ist es daher, die Kostenoptimierung für dieses Arbeitspferd der Photovoltaik-Branche weiter voranzutreiben. Wandeln derzeit die Zellen durchschnittlich 14 bis 19% des Sonnenlichts in elektrische Energie um, so haben die Forscher die 20%-Marke bereits im Blick. Die Übertragung ihrer Ergebnisse in die Produktion wird – parallel zur Marktentwicklung in Deutschland – die Kosten für photovoltaisch erzeugten Strom weiter senken.

„Wir konnten jetzt mehrere Entwicklungsarbeiten für kristalline Siliciumsolarzellen erfolgreich abschließen und dabei Resultate erzielen, die weltweit zu den besten zählen“, freut sich Christian Schmiga, Projektleiter für hocheffiziente Siliciumsolarzellen am Fraunhofer ISE. Die untersuchten Zellstrukturen unterscheiden sich zum einen in der Art des verwendeten Siliciummaterials, das als Basis bezeichnet wird, und zum anderen in der Art des so genannten Emitters, einer dünnen Schicht, die die elektrischen Ladungsträger sammelt. Man spricht ...

  • von n-Typ Solarzellen, wenn die Basis negativ, und
  • von p-Typ Solarzellen, wenn die Basis positiv leitend ist.

Dabei ist der Emitter immer umgekehrt zur Basis gepolt. „Zur Herstellung des Emitters wurden drei unterschiedliche Verfahren eingesetzt: Aluminium-Legieren und Bor-Diffundieren für die p-Emitter der n-Typ Solarzellen sowie Phosphor-Diffundieren für den n-Emitter der p-Typ Solarzellen“, so Christian Schmiga.

Für eine n-Typ Siliciumsolarzelle mit Aluminium-legiertem Emitter erreichten die Forscher nun einen Wirkungsgradrekord von 19,3%. Dabei wandten sie zur Emitterformierung das einfache Siebdrucken einer Aluminium-haltigen Paste, gefolgt von einem kurzen Hochtemperatur-Feuerschritt an. Ebenfalls für eine n-Typ Siliciumsolarzelle, aber mit einem Bordiffundierten Emitter, dessen Oberfläche durch eine zusätzliche neue Schicht aus Aluminiumoxid (Al2O3) passiviert wird, konnte Armin Richter, Doktorand am Fraunhofer ISE, einen Wirkungsgrad von 19,6% demonstrieren. Als weiteres wichtiges Ergebnis erzielten die Wissenschaftler für p-Typ Solarzellen mit Phosphor-diffundiertem Emitter und unter Anwendung der am Fraunhofer ISE entwickelten und patentierten Laser-fired-contact (LFC) Technologie 19,6 Prozent Wirkungsgrad.

Alle Solarzellen wurden auf 125 x 125 mm großen einkristallinen Siliciumscheiben gefertigt. Ein großer Vorteil ist, dass bei der Herstellung keine aufwändigen Justage- oder Strukturierungsschritte benötigt werden, was den Prozessablauf wesentlich vereinfacht und beschleunigt.

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