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Kostengünstiges Siebdruckverfahren macht es möglich

Fraunhofer ISE: Silizium-Solarzellen mit 20,2 %

11. Mai 2011, 8:49 Uhr | Karin Zühlke

Großformatige, mit Siebdruck metallisierte p-typ Silicium MWT-PERC Solarzelle mit 20,2 % Wirkungsgrad – hergestellt am PV-TEC des Fraunhofer ISE.

Mit kostengünstigen Siebdruck-, Diffusions- und Oxidationsverfahren ist es Forschern des Fraunhofer ISE gelungen, Silizium-Solarzellen mit Wirkungsgraden bis zu 20,2 % herzustellen. Entscheidend für diese hohe Effizienz ist die verringerte Abschattung. Dazu haben die Forscher den externen Vorderseitenkontakt auf die Rückseite der Solarzelle verlagert.

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Um die Kosten für Strom aus Sonnenlicht zu senken, arbeitet das Fraunhofer-Instituts für Solare Energiesysteme ISE daran, die Effizienz von Solarzellen zu steigern.

Ziel ist es, durch neue Solarzellenkonzepte auf Basis industrienaher Herstellungsprozesse möglichst viel Sonnenlicht in Strom umzuwandeln. Insbesondere bei Solarzellen aus Silicium bietet die Kombination industrieerprobter Verfahren, z. B. Siebdruck, mit neuer Zellarchitektur, beispielsweise der Rückseitenkontaktierung, enormes Potenzial für die Wirkungsgradsteigerung und Kostensenkung. Am Photovoltaik Technologie Evaluationscenter PV-TEC (www.pvtec.de) werden solche neuen Konzepte seit mehreren Jahren vorangetrieben.

Für rückseitenkontaktierte Silicium-Solarzellen haben die Forscher nun Wirkungsgrade bis zu 20,2 % erzielt. »Wir freuen uns zum fünfjährigen Jubiläum des PV-TEC diese herausragenden Ergebnisse präsentieren zu können. Wir sehen, dass die Lernkurve in der Silicium-Photovoltaik weiterhin sehr steil nach oben zeigt«, so Projektleiter Dr.-Ing. Daniel Biro. In den so genannten MWT-PERC Solarzellen haben die Wissenschaftler 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 (Laser Fired Contacts, LFC) mit dem p-dotierten Siliciummaterial verbunden. Erst vor kurzem wurden am PV TEC des Fraunhofer ISE großformatige PERC-Solarzellen (Kantenlänge 156 mm, mit Lötkontaktflächen auf der Rückseite) aus monokristallinem Czochralski-Silicium mit einem Wirkungsgrad von 19,3 % 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 %. Durch den Einsatz von hochwertigem Floatzone-Siliciummaterial konnten die Wissenschaftler den Zellwirkungsgrad abermals steigern:
Mit 20,2 % wurde der bislang höchste Wirkungsgrad für großformatige Solarzellen gemessen, die mittels kostengünstigen und industriell verwendbaren Siebdruck-, Diffusions- und Oxidationsverfahren hergestellt wurden. Die Solarzellen haben die Kantenlänge des Ausgangsmaterials von 125 mm. Zur Modulverschaltung weisen die Solarzellen rückseitige Lötkontaktflächen beider Polaritäten auf. Das Know-how für die Herstellung der MWT-PERC Solarzellen wird bereits an mehrere deutsche Solarzellenhersteller übertragen.