Forscher des IMEC in Belgien haben die Effizienz von Solarzellen mit einer industriellen Standardgröße auf 22 Prozent gesteigert. Sie nutzten dazu Zellen mit einer negativ leitenden Basis und einem positiv leitenden Emitter.
Wissenschaftler des Forschungszentrums IMEC im belgischen Leuven haben den Wirkungsgrad von sogenannten PERT (passivated emitter, rear totally diffused) mit einer negativ leitenden Basis auf 22,02 Prozent erhöht. Dies sei die bisher höchste Effizienz von beidseitig kontaktierten Solarzellen auf einer in der Industrie verwendeten Zellgröße. Schließlich haben die Belgier die hohe Effizienz auf Zellen mit einer Kantenlänge von sechs Zoll gezeigt. Zellen dieser Größe werden in der Regel bei der Herstellung von Solarmodulen verwendet. Außerdem haben die Forscher in Leuven die Wafer für die Zellen aus einem Siliziumkristall geschnitten, der industriell im Czochralski-Verfahren hergestellt wurde. Damit haben die Forscher auch schon die ersten Schritte in Richtung Industrialisierung ihrer Ergebnisse getan.
Leerlaufspannung erhöht
Um die Effizienz der Zelle zu erhöhen, haben die Belgier die Vorderseite mit einem Laser dotiert. Dadurch erreichen sie die Steigerung der Leerlaufspannung der Zelle. Diese liegt bei satten 684 Millivolt. Selbst gute Solarzellen kommen bei einer Lichtintensität von 1.000 Watt pro Quadratmeter nicht über eine Leerlaufspannung von 630 Millivolt hinaus. Auch mit einem pro Quadratzentimeter generierten Kurzschlussstrom von 39,9 Milliampere erreichen sie einen sehr guten Wert. „Unsere neuen Entwicklungen, die aus einer zusätzlichen Erhöhung der Effizienz bei der Umwandlung von Licht in Strom resultieren, bestätigen das Potenzial von n-Typ-PERT-Solarzellen der nächsten Generation von Siliziumsolarzellen mit einer höheren Effizienz“, betont Filip Duerinckx, Leiter der PERT-Forschungsabteilung am IMEC. „Dieser neue Wirkungsgradrekord wurde erreicht, während gleichzeitig der Herstellungsprozess vereinfacht wurde, indem wir uns auf geringere Ansprüche bei der Reinheit verlassen haben und ohne das teure Tempern mit Formiergas auskommen. Wir sind uns sicher, dass wir die Effizienz für dieses Zellkonzept noch weiter in die Höhe treiben und es bis zu einer industriellen Fertigung dieser Technologie aufskalieren können. Dadurch wird es möglich, diese Technologie auch bald auf den Markt zu bringen.“
Negativ leitende Basis hat Vorteile
Die Technologie mit einer negativ leitenden Basis hat gegenüber den bisher verwendeten Zellen mit einer positiv leitenden Basis entscheidende Vorteile. Schließlich sind diese n-Typ-Zellen weniger empfindlich gegenüber lichtinduzierter Degradation und haben eine höhere Toleranz gegenüber den üblichen metallischen Verunreinigungen im Halbleitermaterial. Dadurch bieten sie sich als Alternative zu den üblichen p-Typ-Solarzellen an. Bisher ist die industrielle Herstellung allerdings noch aufwendig und teuer, so dass dieser höhere Preis nur durch einen massiv höheren Wirkungsgrad gerechtfertigt werden kann.
Passivierungsschicht ist dünner als zehn Nanometer
Die Zelle der Belgier ist auf der Vorderseite mit Nickel-Kupfer-Silber kontaktiert. Danach kamen die Zellen in einen Einkammer-Schmelzofen, um die Antireflexschicht und den positiv leitenden Emitter auf der Rückseite der Zelle aufzubringen. Im nächsten Schritt habend die Belgier die Passivierungsschicht mit einer Dicke von weniger als zehn Nanometern mittels einer Atomlagenabscheidung aufgebracht. Zum Schluss haben die Forscher auf der Rückseite lokale Kontakte mittels eines Lasers in die Passivierungsschicht eingebracht und anschließend die Rückseite metallisiert. (su)
