Forschungsprojekt 26+ Silizium-Solarzelle mit Rekordwirkungsgrad von 26,1 %

Einem Forscherteam ist es gelungen, eine Silizium-Solarzelle mit 26,1 % Wirkungsgrad zu entwickeln. Das Besondere daran: Kontakte, die eine effiziente Stromextraktion aus der Solarzelle ermöglichen.

Der maximal mögliche Wirkungsgrad einer Solarzelle aus Silizium liegt bei 29,5 %. Die praktische Realisierung eines Wirkungsgrades von mehr als 26 % mit Bor-dotiertem Silizium – wie es üblicherweise in der Industrie verwendet – galt bislang nahezu unerreichbar.

Wissenschaftler des Instituts für Solarenergieforschung ISFH und des Instituts für Materialien und Bauelemente der Elektronik MBE der Leibniz-Universität Hannover haben nun im Rahmen des Forschungsprojekts 26+ eine kristalline Silizium-Solarzelle mit einem Wirkungsgrad von 26,1 % hergestellt. Basis der Solarzelle ist ein Kontakt, der ebenfalls am ISFH und MBE realisiert wurde.
 

Besondere Metall-Kontakte

Eine Solarzelle besteht im Wesentlichen aus reinem Silizium. Dort wird Licht eingefangen, das positive und negative Ladungsträger erzeugt. Damit sie als Strom genutzt werden können, müssen die verschiedenen Ladungsträger über unterschiedlich behandelte Bereiche des Siliziums abgeführt werden.

Dazu sind Kontakte aus Metall nötig, über die die Ladungsträger weitergeleitet werden. Beim Übergang vom Metall zum Silizium und umgekehrt kam es bislang zu hohen Verlusten an Ladungsträgern. Hier setzen die sogenannten Polo-Kontakte der Forscher an.

Die Bezeichnung »Polo« steht für »Polycrystalline Silicon on Oxide« und beschreibt die verwendeten Schichten. Um die positiven Ladungsträger auf der einen und die negativen Ladungsträger auf der anderen Seite der Solarzelle zu extrahieren, kommt je eine weitere Schicht Silizium für die Polo-Kontakte zum Einsatz.

Diese Schicht weist allerdings eine andere Struktur auf als das Innere der Zelle. Das polykristalline, leitfähige Silizium wird als dünne Schicht auf einem hauchdünnen Film aus Siliziumoxid aufgetragen. Dadurch entsteht eine isolierende Zwischenschicht, die die Kontakte passiviert.

Durch Erhitzen auf Temperaturen von etwa 1000 °C entstehen winzige Poren in der darunterliegenden Passivierung. Der Durchmesser der Poren liegt im Nanometerbereich. Durch sie können nun die Ladungsträger nahezu verlustfrei über die polykristalline Siliziumschicht und die Metallkontakte weitergeleitet werden.

Auf dem Weg zum industriellen Einsatz

In dem auf drei Jahre angelegten Forschungsvorhabens 26+ ist es nun gelungen, die Polo-Kontakte so in eine Solarzelle zu integrieren, dass der hohe Wirkungsgrad von 26,1 % erreicht wurde. Die Verwendung von Laserverfahren soll darüber hinaus den Weg in Richtung industrielle Anwendung ebnen.

Die Entwicklung könnte dabei helfen, die Kosten von mittels Photovoltaik erzeugtem Strom zu senken. Daneben sind hocheffiziente Solarzellen insbesondere für Anwendungsfälle mit begrenztem Platzangebot attraktiv, beispielsweise auf dem Dach von Elektrofahrzeugen.