Neuer Rekord für Silizium-Solarzellen
Die hohe Selektivität der Übergänge ermöglicht ohne Borzusatz 26,1 Prozent Wirkungsgrad.
Das Institut für Solarenergieforschung Hameln ISFH und die Leibniz Universität Hannover haben die Herstellung einer kristallinen Silizium-Solarzelle auf p-Typ Wafermaterial mit einem unabhängig bestätigten Wirkungsgrad von 26,10±0,31 Prozent unter einer künstlichen Sonne demonstriert. Dies ist ein Weltrekord für p-Typ-Si-Material sowie ein europäischer Rekord für kristallines Si. Die weiteren Kenndaten der Strom-Spannungs-Kurve der Rekordsolarzelle sind eine Leerlaufspannung von 726,6±1,8 mV, eine Kurzschlussstromdichte von 42,62±0,4 mA/cm2 und eine Zellfläche von vier Quadratzentimetern.
Abb.: Monokristalline Siliziumsolarzelle mit POLO-Kontakten für beide Polaritäten auf der Solarzellenrückseite. Im Vordergrund ist die Rückseite von sieben Solarzellen auf einem Wafer zu sehen. (Bild: ISFH)
Gegenwärtig werden rund neunzig Prozent des Photovoltaik-Weltmarkts mit p-Typ-Silizium-Material bedient. Wirkungsgrade über 25 Prozent wurden bisher jedoch nur auf n-Typ-Silizium und in Kombination mit Bordiffusionen oder Hetero-Junctions aus amorphem Silizium erreicht. „Unser Ergebnis zeigt, dass weder n-Typ-Silizium noch Bordiffusionen oder amorphes Silizium ein Muss für ultrahohe Wirkungsgrade sind. Es gibt auch andere attraktive Wege zu höchsten Wirkungsgraden mit Silizium zu potenziell niedrigen Kosten“, so Rolf Brendel, Geschäftsführer des ISFH.
Die Rekordzelle verwendet einen passivierenden elektronenselektiven n+-Typ Polysilizium auf Oxid (POLO)-Übergang am Minuskontakt der Zelle und einen löcherselektiven p+-Typ POLO-Übergang am Pluskontakt. Es ist die hohe Selektivität dieser Übergänge, die solche hohen Wirkungsgrade ermöglicht. Die zwei verschiedenen Übergänge werden in einem ineinandergreifenden Muster auf der Rückseite aufgebracht. Dadurch wird die parasitäre Absorption im Poly-Si minimiert und eine Abschattung durch vorderseitige Metallisierung vermieden. n+-Typ und p+-Typ Poly-Si sind durch eine intrinsische Poly-Si-Region voneinander getrennt.
Die Öffnung des dielektrischen Rückseitenreflektors erfolgt durch eine industriell realisierbare lokale Laserablation. Das Ziel ist die Integration der POLO-Übergänge in die aktuelle Mainstream-Technologie mit einem deutlichen Effizienzvorteil. „Dass wir die Photolithographie durch die Laser-Kontaktöffnung ersetzt haben, ist ein erster wichtiger Schritt in Richtung Industrialisierung, da sie eine Metallisierung auf Siebdruckbasis ermöglicht“, so der Arbeitsgruppenleiter Robby Peibst.
ISFH / JOL
