Höchstmarke für Solarmodule

Das Institut für Solarenergieforschung Hameln (ISFH), ein An-Institut der Leibniz-Universität Hannover, steigert den Modul-Wirkungsgrad für großflächige Solar­module mit industriellen silizium­basierten PERC- (Passivated Emitter und Rear Cell) Solarzellen auf einen Rekordwert von 20,2 Prozent bei einer Leistung von 303,2 Watt. Der TÜV Rheinland bestätigte diese Leistung in einer unabhängigen Messung. Das ISFH übertrifft damit bisherigen Modul­wirkungs­grad von 19,5 Prozent für industrie­­typische Module mit p-dotierten Silizium-Solarzellen und Sieb­druck­metallisierung deutlich. Die Arbeiten wurden im Rahmen des vom Bundes­­minis­terium für Wirtschaft und Energie geförderten Projekts „Prozess­plattform und Verlust­analyse für klima­­stabile hoch­­effiziente Photo­­voltaik­­module mit kristallinen PERC-Si-Solarzellen“ (PERC-2-Module) erzielt.

Das Modul besteht aus 120 halbierten Solarzellen, die einen mittleren Wirkungsgrad von 20,8 Prozent aufweisen. Durch das Halbzellen­design reduziert sich der Strom im Zellstring, was sich positiv in einer deutlichen Minderung von Serien­widerstands­verlusten zeigt. Zur Steigerung des Modul­wirkungs­grads wurde der Abstand zwischen den Zellen minimiert. Die daraus resultierende Modulfläche ohne Rahmen beträgt 1,5 Quadrat­meter. Um auch das Licht zur Strom­generation zu nutzen, das auf die Zellverbinder und in die Zell­zwischen­räume trifft, wurden hoch­reflektierende und strukturierte Materialien verwendet, die das Licht auf die Solarzelle leiten. „Dieser Rekord­wirkungs­grad ist das Ergebnis einer eng miteinander verzahnten Entwicklung des PERC-Solarzellen­prozesses einerseits und des Hoch­effizienz­modul­prozesses am ISFH andererseits“, erläutert Henning Schulte-Huxel, der das PERC-2-Module-Entwicklungs­projekt leitet.

Für die Herstellung der p-dotierten PERC-Solarzellen wurde ein industrie­typischer Sieb­druck­prozess für die Zellvorder- und Rückseite angewendet. Die am ISFH entwickelten Solarzellen wurden für den Betrieb im Modul optimiert und weisen keine potenzial­induzierte Degradation auf. Dies wurde in zahlreichen internen Prüfungen der Solarzellen bei Bedingungen von 85 Prozent relativer Luftfeuchte, einer Temperatur von 85 Grad Celsius und einer angelegten Spannung von 1000 Volt für 1000 Stunden nachgewiesen. Diese Belastung übertrifft übliche Norm­prüfungen um mehr als das Zehnfache.

Etwa achtzig Prozent aller heute industriell produzierten Solarzellen bestehen aus p-dotierten, kristallinen Silizium-Wafern in Kombination mit Sieb­druck­metallisierung. Da neben den Material­kosten in der Modul­herstellung vor allem die System­kosten mit der Modulfläche wachsen, ist die demonstrierte Optimierung des Modul­wirkungs­grades von hoher Relevanz für die Senkung der Gestehungs­kosten von photovoltaisch erzeugtem Strom.

ISFH / DE