Siebgedruckte Silizium-Solarzelle mit neuartiger Rückseitenpassivierung
20,1 Prozent Wirkungsgrad und Herstellung mit industrietypischen Prozesssequenzen.
Das Institut für Solarenergieforschung Hameln (ISFH) steigert in Zusammenarbeit mit Singulus Technologies AG den Wirkungsgrad von Siebdruck-Silizium-Solarzellen von den heute in der PV-Industrie üblichen 17,0 Prozent bis 18,5 Prozent auf einen Rekord verdächtigen Wert von 20,1 Prozent. Das wurde vom Fraunhofer ISE in einer unabhängigen Messung bestätigt. Eine verbesserte Zellrückseite mit einer ICP-AlOx/SiNy-Doppelschicht ermöglicht diesen Fortschritt ohne „Selektive Emitter“ Technologie. 20,1 Prozent ist einer der weltweit höchsten gemessenen Wirkungsgrade für industrietypische Solarzellen mit Siebdruckmetallisierung (nur Schott Solar und Q-Cells erzielten mit 20,2 Prozent höhere Wirkungsgrade).
Abb.: Prototyp der siebgedruckten Solarzelle mit 20,1 Prozent Wirkungsgrad und ICP-ALOx/SiNy-Passivierungsschicht. (Bild: ISFH / Salzmann PhotoDesign)
Zwei technologische Verbesserungen ermöglichen die Wirkungsgradsteigerung: Zum einen wird die Rückseite der Solarzellen mit einer ICP-AlOx/SiNy Doppelschicht passiviert. ICP steht dabei für „Inductively Coupled Plasma“ und bezeichnet die für AlOx neuartige, am ISFH in Kooperation mit Singulus entwickelte Abscheidemethode. Die Kontaktierung auf der Rückseite der Zelle erfolgt mit durch Laserablation hergestellte, linienförmige Kontaktöffnungen. Die modifizierte Zellrückseite reflektiert das Sonnenlicht besser und verringert zudem die Ladungsträgerrekombination, wodurch sich Strom und Spannung der Zelle verbessern. Zum anderen wird die Zellvorderseite mittels Doppelsiebdruck (Print-on-Print) metallisiert, was schmalere Kontaktfinger und daher eine geringere Abschattung ermöglicht.
Darüber hinaus wurde die Solarzelle mit industrietypischen Prozesssequenzen hergestellt, insbesondere mit einem homogen Phosphor-dotierten Emitter sowie mit einem 156 x 156 Quadratmillimeter großen Czochralski (Cz)-Silizium Wafer. Etwa 80 Prozent der heute industriell produzierten Solarzellen verwenden p-leitende, kristalline 156 x 156 Quadratmillimeter große Silizium Wafer in Kombination mit Siebdruck für die Metallisierung. Wirkungsgradsteigerungen für solche Zellen haben daher eine besonders hohe Relevanz für die fertigende Industrie und sind ein weltweit intensiv bearbeitetes Forschungsthema.
ISFH / PH
