Das Fraunhofer ISE hat den Wirkungsgrad von multikristallinen Solarzellen weiter verbessert: Aktuelle Messungen bestätigen 22,3 Prozent Effizienz. Das sehr reine Polysilizium für die Zellen lieferte der Wacker-Konzern aus Bayern.
Für den neuen Rekord wurden Verfahrensschritte beim Kristallisationsprozess und bei der Zellherstellung auf die Bedürfnisse des multikristallinen Ausgangsmaterials angepasst. Für die Rückseitenkontaktierung verwendeten die Forscher, neben einer optimierten Plasmatextur, die sogenannte Tunnel Oxide Passivated Contact-Technologie (TOPCon). Bei diesem vom Fraunhofer ISE entwickelten Verfahren werden die elektrischen Kontakte strukturierungsfrei auf einer passivierten Oberfläche der Solarzelle angebracht. Dadurch lassen sich Ladungsverluste reduzieren und Strom deutlich effizienter gewinnen.
Erhitzen, schmelzen, kristallisierten
Das Halbleitermaterial Polysilizium wird erhitzt, geschmolzen und in einem Tiegel auskristallisiert. Nach dem Abkühlen wird der Siliziumblock in Scheiben, sogenannte Wafer, geschnitten, aus denen wiederum die Solarzellen hergestellt werden. „Wir haben festgestellt, dass Zellen aus hochreinem Polysilizium von Wacker den spezifischen Anforderungen der Solarzellenstruktur am besten gerecht werden“, betont Stephan Riepe, Leiter der Gruppe „Siliziumkristallisation und Epitaxiematerialien“ am Fraunhofer ISE. Durch die konsequente Entwicklung eines Materials wurde so eine höhere Zelleffizienz erreicht, sagt Riepe. In diesem Prozess wird die Struktur von einem nur teilweise aufgeschmolzenen Keimmaterial auf den Kristall übertragen. Die Versuche am ISE haben ergeben, dass das hochreine Granulat hierfür besonders gut geeignet sei.
Multikristallines Silizium hat derzeit mit rund 57 Prozent Marktanteil den größten Anteil an der Solarmodulproduktion weltweit und ist damit das Arbeitspferd der Branche. Referenzstudien wie die International Technology Roadmap for Photovoltaic (ITRPV) weisen für Solarzellen aus der Standardproduktion bisher lediglich Wirkungsgrade um 19,5 Prozent aus. Mit der neuen Bestmarke stoßen multikristalline Zellen leistungsmäßig in Regionen vor, die bislang monokristallinem Material vorbehalten sind. (nhp)
