Neuer Rekord für Silizium-Solarzellen

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.

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