Berliner Forscher entwickeln dünnste Siliziumzelle

Forscher des Helmholtz-Zentrums Berlin (HZB) haben eine Dünnschichtsolarzelle aus kristallinem Silizium mit einer Dicke von 10 Mikrometern hergestellt. Mittels Laserkristallisation haben die Wissenschaftler es damit geschafft, die bisher dünnste kristalline Solarzelle auf Glas zu produzieren.

Schmelzprozess kürzer als eine Millisekunde

Bei der Laserkristallisation wird zuerst amorphes Silizium auf das Glassubstrat abgeschieden und danach kristallisiert. Das Problem bei der Herstellung ist, dass dabei hohe Temperaturen gebraucht werden, die das Glassubstrat nicht verträgt. Wenn allerdings der Prozess mit einem Laser durchgeführt wird, dauert der Schmelzprozess weniger als eine Millisekunde. Dadurch bleibt auch Niedertemperaturglas als Schichtsubstrat stabil, vor allem wenn die Laserstrahlung nur in der Siliziumschicht und nicht im Glas absorbiert wird.

Hohe Effizienz möglich

Derzeit liegen die Wirkungsgrade der kristallinen Siliziumdünnschichtzellen noch weit unter denen ihrer waferbasierten Schwestern. „Wir rechnen aber damit, dass Dünnschichtsolarzellen aus kristallinem Silizium kurz- bis mittelfristig einen Wirkungsgrad von 14 Prozent pro Zelle erreichen können“, sagt Rutger Schlatmann, Leiter der Technologie-Transfer-Einheit PVcomB am HZB. Sein Kollege Bernd Rech, Leiter des Instituts für Siliziumphotovoltaik am HZVB hält sogar noch höhere Wirkungsgrade für möglich. „Auf kristallinem Silizium basierende Dünnschicht-Photovoltaik-Module können eine hohe Effizienz bei gleichzeitig niedrigen Materialkosten erzielen", erklärt Rech. „So können die Vorteile der etablierten, waferbasierten kristallinen Siliziumphotovoltaik mit denen der Dünnschicht-Silizium-Technologie kombiniert werden. Darüber hinaus werden bei der Verarbeitung von kristallinem Dünnschicht-Silizium nur solche Materialien genutzt, die in großer Fülle in der Natur vorhanden sind. Wir sind zuversichtlich, dass wir mit der neuen Technologie eine Effizienz erzielen, die vergleichbar ist mit der Effizienz, die die bekannten wafer-basierten Silizium-Kristalle erreichen. Langfristig streben wir an, eine Leistungsfähigkeit von 20 Prozent und mehr mit der Dünnschicht-Silizium-Technologie zu erlangen.“

Industriepartner gefunden

Mit Masdar PV ist auch schon ein Industriepartner gefunden, der die Technologie in die Massenproduktion übertragen will. Der Modulhersteller hat vor, die neue Herstellungstechnologie bei Modulen bis zu einer Fläche von 5,7 Quadratmetern anzuwenden. „Die Investition in Forschung und Entwicklung für die nächste Generation der Technologie, Dünnschichtsilizium auf Glas zur Herstellung von Photovoltaikmodulen zu nutzen, könnte uns gegenüber Produzenten kristalliner Photovoltaik, die eher auf Skaleneffekte als auf bedeutende technologische Verbesserungen setzen, einen Wettbewerbsvorteil einbringen“, erklärt Tushita Ranchan, Geschäftsführerin der deutschen Niederlassung von Masdar PV in Ichtershausen. (Sven Ullrich)