Fraunhofer ISE erzielt neuen Weltrekord für Solarzellen

Freiburg - Das Fraunhofer-Institut für Solare Energiesysteme ISE hat einen neuen Rekordwert für die Effizienz von Silizium-Solarzellen aufgestellt. Es geht um eine beidseitig kontaktierte Solarzelle. Dieses neue Konzept der Rückseitenkontakte bietet nach Angaben der Forscher „großes Potenzial“ für weitere Effizienzsteigerungen.

Für die neue beidseitig kontaktierte Rekord-Solarzelle wurde erstmals ein Wirkungsgrad von 25,1 Prozent gemessen. Wie Fraunhofer Ise mitteilt, wandle dieser mit einem einfachen strukturierungsfreien Rückseitenkontakt versehene Solarzellentyp mehr als ein Viertel des einfallenden Sonnenlichts in Strom um.

Solarzellen-Herstellung vereinfachen und Effizienz erhöhen

Es ist der höchste jemals erreichte Wirkungsgrad für Silizium-Solarzellen, bei denen die Metallkontakte auf der Vorder- und auf Rückseite aufgebracht sind. Die Besonderheit der Rekord-Solarzelle ist ein neues Rückseitenkonzept in Form eines ganzflächigen passivierten Kontakts. „Bisher wurden zur Steigerung des Wirkungsgrads von Solarzellen immer komplexere Solarzellenstrukturen verwendet“, so Dr. Martin Hermle, Abteilungsleiter „Hocheffiziente Siliciumsolarzellen“ am Fraunhofer ISE. „Der große Vorteil an unserem Konzept ist, dass wir durch die Entwicklung einer neuartigen Rückseitenstruktur den Kontakt auf der Solarzellenrückseite ganzflächig und strukturierungsfrei aufbringen können, d. h. im Vergleich mit den momentan verwendeten hocheffizienten Solarzellenstrukturen vereinfachen wir den Herstellungsprozess und erhöhen dennoch die Effizienz der Solarzellen“, so der Solarenergie-Forscher.

TopCon-Technologie setzt auf „ganzflächige Passivierungsschicht“

Bei der vom Fraunhofer ISE entwickelten sogenannten TopCon-Technologie (Tunnel Oxide Passivated Contact) wird der Rückseitenkontakt strukturierungsfrei auf der Solarzellen-Rückseite aufgebracht. Hierfür haben die Freiburger Forscher einen speziellen passivierten Kontakt entwickelt. Die ganzflächige Passivierungsschicht der Solarzelle wird auf eine Dicke von ein bis zwei Nanometer reduziert. Zusätzlich wird auf das ultradünne Tunneloxid eine dünne Schicht aus hochdotiertem Silizium flächendeckend abgeschieden. Diese Kombination ermöglicht es, dass der Strom verlustfrei aus der Solarzelle abfließen kann.

Zukunftsweisendes Solarzellen-Konzept - erstmals über 25 Prozent Wirkungsgrad

Die in der Industrie aktuell noch dominierende Solarzelle hat als Rückseitenkontakt einen speziellen Aluminiumkontakt, der jedoch den Wirkungsgrad dieser Solarzelle limitiert. Zur Steigerung des Wirkungsgrads wird daher derzeit die PERC-Solarzelle (Passivated Emitter Rear Cell) von vielen Firmen in die Produktion überführt. Bei der PERC-Solarzelle wird nur ein kleiner Teil der Rückseite kontaktiert, um die Rekombination zu minimieren, d.h. die erneute Vereinigung elektrisch positiver und negativer Ladungsträger. Dieses Vorgehen erfordert jedoch zusätzliche Strukturierungsschritte und führt dazu, dass der Strom über längere Wege aus der Solarzelle abgeleitet werden muss.

„Mit der TopCon-Technologie haben wir ein zukunftsweisendes Konzept entwickelt, um die Effizienz von Silizium-Solarzellen zu steigern“, so Prof. Stefan Glunz, Bereichsleiter „Solarzellen – Entwicklung und Charakterisierung“. „Mit dem Wirkungsgrad von 25,1 Prozent können wir als erstes Forschungsinstitut mit einer evolutionären Weiterentwicklung der beidseitig kontaktierten Solarzellen die 25-Prozent-Marke überschreiten und zum Weltrekord für rückseitenkontaktierte Silizium-Solarzellen aufschließen“, so Glunz. Das Team um Dr. Martin Hermle arbeitet seit rund drei Jahren am TopCon-Konzept. Die Forschungsarbeiten wurden im Rahmen des Projekts „FORTES“ vom Bundesministerium für Wirtschaft und Energie (BMWi) und dem U.S. Department of Energy gefördert.

Quelle: IWR Online

© IWR, 2015