Weltspitze beim Wirkungsgrad

Physik Journal - Mit 20,3 Prozent Wirkungsgrad haben Freiburger Forscher einen neuen Rekord für multikristalline Solarzellen aufgestellt.

Mit 20,3 Prozent Wirkungsgrad haben die Sonnenstrom-Forscher vom Fraunhofer Institut für Solare Energiesysteme in Freiburg (ISE) einen neuen Weltrekord für multikristalline Solarzellen aufgestellt. Diese psychologisch wichtige 20-Prozent Hürde nahm die Arbeitsgruppe um Stefan Glunz mit einem verbesserten Herstellungsprozess, durch den das Material deutlich weniger Störstellen ausbildete, an denen einmal erzeugte Elektronen-Loch-Paare ungenutzt rekombinierten.

Die Oberfläche der Rekord-Solarzelle verbessert den Lichteinfang. (Foto: ISE)

Im Unterschied zu den teureren monokristallinen Solarzellen weist das multikristalline Material aus hunderten bis tausenden Kristallen deutlich mehr Korngrenzen und strukturelle Versetzungen auf. An diesen Stellen sammeln sich bevorzugt Fremdatome wie beispielsweise Eisen an. Einfallendes Sonnenlicht erzeugt Elektron-Loch-Paare, die die Grundlage für den photovoltaischen Strom bilden, sofern sie sich nicht schon im Material selbst wieder vereinen. Bei Solarzellen, die üblicherweise bei 1050 Grad Celsius mit einer schützenden Siliziumdioxidschicht passiviert werden, können die Fremdatome von den Korngrenzen aus in das vormals reine Halbleiter-Material diffundieren und zusätzliche Rekombinationszentren bilden, die den Wirkungsgrad herabsetzen. Genau diesen störenden Effekt analysierten die Fraunhofer-Forscher und bekamen ihn mit geringeren Beschichtungs-Temperaturen von 800 bis 850 Grad in den Griff.

Zusätzlich griffen Glunz und Kollegen auf ein elegantes und bereits patentiertes Laser-Verfahren zurück, um die elektrischen Kontakte an der Rückseite der Solarzelle anzuschließen. Durch diese so genannte „Laser-Fired Contacts“-Methode (LFC) kann bei der Produktion auf die bisher notwendigen teuren und langsamen Photolithographieschritte verzichtet werden. Das LFC-Verfahren, das allein Wirkungsgradsteigerungen um ein bis zwei Prozent ermöglicht, ist bereits heute in die industrielle Fertigung übertragbar. Mehrere deutsche Hersteller für Solarmodule haben bereits großes Interesse an dieser Technik gezeigt.

Jan Oliver Löfken

Quelle: Physik Journal, August/September 2004

Weitere Infos:

• Fraunhofer Institut für Solare Energiesysteme in Freiburg (ISE):
  http://www.ise.fraunhofer.de