Forscher des Fraunhofer ISE haben Solarzellen mit einem Wirkungsgrad von 21,9 Prozent hergestellt. Den neuen Rekord erreichen sie mit der Kombination von zwei unterschiedlichen Ansätzen.
Die Forscher des Fraunhofer-Instituts für Solare Energiesysteme (ISE) in Freiburg haben eine Solarzelle aus multikristallinem Silizium mit einem Wirkungsgrad von 21,9 Prozent hergestellt. Damit geht der Weltrekord für diese Technologie wieder nach Freiburg. Zum Vergleich: Die durchschnittlichen Wirkungsgrade der derzeit von der Industrie für die Modulproduktion genutzten polykristallinen Solarzellen liegen bei etwa 19 Prozent. „Wir freuen uns sehr über dieses herausragende Ergebnis, das ganz wesentlich darauf beruht, dass wir die gesamte Wertschöpfungskette der Siliziumphotovoltaik am Fraunhofer ISE bearbeiten“, sagt Institutsleiter Andreas Bett. „Aus der gesamten Palette von der Kristallisation des Siliziums bis hin zur Qualitätssicherung von Photovoltaikkraftwerken waren bei der aktuellen Weltrekordsolarzelle die Stufen Materialentwicklung, Charakterisierung und Zelltechnologie beteiligt.“
N-Typ und TOPcon kombiniert
Um den Anteil des in Strom umgewandelten Sonnenlichts zu erhöhen, nutzen die Freiburger Forscher Solarzellen mit einer negativ leitenden Basis – sogenannte n-Typ Solarzellen. Diese sind im Vergleich zu den bisher im industriellen Herstellungsprozess verwendeten Solarzellen mit positiver Basis – sogenannte p-Typ Solarzellen – unempfindlicher gegenüber metallischen Verunreinigungen wie Eisen.
Zusätzlich dazu haben die Freiburger ihre selbst entwickelte Topcon-Technologie auf die neuen Rekordzellen angewendet. Topcon steht dabei für Tunnel Oxide Passive Contact. Zentrales Element des Zellkonzepts ist der ganzflächige passivierte Rückseitenkontakt, der den Weg der Ladungsträger in der Basis verkürzt. Der Rückseitenkontakt besteht aus einem extrem dünnen Tunneloxid und einer dünnen negativ leitenden Siliziumschicht. Die Oberfläche wird hervorragend passiviert und gleichzeitig stellt der Kontakt einen geringen Widerstand für den Ladungsträgertransport dar. Mit dieser Struktur können die Forscher die Rückseite der Zelle ganzflächig kontaktieren und dabei gleichzeitig die Oberfläche sehr gut zu passivieren sowie den Widerstandsverlust in der Basis auf ein Minimum zu reduzieren.
Lücke zur monokristallinen Zelle schließen
Der vom Fraunhofer ISE eingeschlagene neue Material- und Technologieansatz habe das Potenzial den Wirkungsgrad für multikristallines Silizium in naher Zukunft auch noch weiter zu verbessern, betonen die Freiburger Forscher. „Unser Ziel ist es, für die multikristallinen n-Typ Wafer eine weiterführende Zelltechnologie zu entwickeln, die das Potenzial dieses Materials aufzeigt“, ergänzt Jan Benick, Leiter des Teams Innovative Reinraumtechnologie für hocheffiziente Siliziumsolarzellen am Fraunhofer ISE. „Die Frage ist, wie weit sich die Effizienzlücke zu monokristallinem Material schließen lässt.“ (su)
