Effiziente Solarzellen aus Freiburg Mehr Effizienz mit neuem Silicium-Solarzellenkonzept
Wenn es darum geht, die Erfolgsaussichten der Solarenergie zu beurteilen, spielt die Effizienz von Solarzellen immer eine besondere Rolle. Hier liegt sicherlich ein Schlüssel für das Wohl und Wehe der gesamten Branche. Effizientere Solarzellen müssen her, wenn der Solarboom hierzulande nicht irgendwann einmal einen empfindlichen Dämpfer erhalten soll.
Großformatige, mit Siebdruck metallisierte p-typ Silicium MWT-PERC Solarzelle mit 20,2% Wirkungsgrad – hergestellt am PV-TEC des Fraunhofer ISE.
Wissenschaftler des Fraunhofer Instituts für solare Energiesysteme (ISE) haben nun neue Silicium-Solarzellensysteme vorgestellt, die für eine deutliche Erhöhung der Effizienz sorgen. Mit ihren neuartigen Zellen erreichen sie erstmals Wirkungsgrade von mehr als 20%. Dies gelingt ihnen durch die Kombination von mehreren leistungssteigernden Konzepten.
Die erste Neuerung setzt sich mit einer großen „Leistungsbremse“ bei Solarzellen auseinander, der Verschattung. Sobald nur ein Teil der Zelle im Schatten liegt, hat das deutliche Auswirkungen auf ihre Leistung. Auf diese Weise kann sich bereits ein vermeintlich kleiner und unbedeutender Schattenwurf negativ bemerkbar machen.
Dabei müssen es nicht immer Hindernisse in der Landschaft oder Blitzableiter und Kamine auf dem Dach sein, die für den Schatten sorgen, viele Solarzellen werden – sozusagen – mit einem integrierten Schattenspender ausgeliefert: Die Rede ist von den
externen Vorderseitenkontakten. Wer also Siliciumsolarzellen effektiver gestalten will, muss versuchen, diese Kontakte verschwinden zu lassen.
Metal Wrap Through
Genau das erreichen die Wissenschaftler des Fraunhofer ISE mit dem Metal Wrap Through (MWT) Ansatz. Solarzellen dieser Technologie sind den herkömmlichen Zellen recht ähnlich. Bei ihnen wird lediglich der externe Vorderseitenkontakt auf die Rückseite verlegt. Der auf der Vorderseite eingesammelte Strom wird hierbei mittels dünner Kontaktfinger des Kontaktgitters zu metallisierten Durchkontaktierungen geleitet, dort zur Rückseite transportiert und rückseitig durch einen externen Kontakt abgegriffen. Das charakteristische dünne Kontaktgitter bleibt also erhalten. Durch diesen einfachen „Trick“ fällt schon einmal ein ordentlicher Teil der Verschattungen weg. 
Vier BC-BJ Solarzellen auf einem n-Typ Silicium Wafer mit siebgedruckten Kontakten und einlegiertem Aluminiumemitter mit erreichten Wirkungsgraden bis zu 20,0% – hergestellt am PV-TEC des Fraunhofer ISE.
Passivated Emitter And Rear Cell
Das zweite von den Wissenschaftlern verwendete Konzept nennt sich Passivated Emitter And Rear Cell (PERC). Hierbei geht es um die optimale Verspiegelung der Solarzellerückseite und die Passivierung der Oberfläche. „Damit können wir auch langwelliges Licht einfangen, das an der Verspiegelung in den Wafer zurückgeworfen wird und zur Energiegewinnung genutzt werden kann“, erklärt Daniel Biro, Projektleiter am Photovoltaik Technologie Evaluationscenter des ISE.
Mit diesen Maßnahmen lässt sich der Wirkungsgrad der Zellen auf 19,4% steigern. Setzt man nun hochwertiges Floatzone Siliciummaterial ein, kann man dieses Ergebnis noch einmal auf 20,2% steigern.
n-Typ-Solarzellen
Auch für n-Typ-Solarzellen aus monokristallinem Floatzone-Siliciummaterial ist am Fraunhofer ISE eine wichtige Weiterentwicklung gelungen. Hier sind nicht nur beide Pole auf der Rückseite angebracht, sondern auch der einsammelnde Emitter. Dadurch konnte die Verschattung noch einmal verringert werden. Als Emitter nutzen die Wissenschaftler eine Aluminiumpaste, die sie mittels Siebdruck auf die Rückseite aufbringen. Für die Protypen dieser Zellen habe man keine spezielle Aluminiumpaste genommen, erklärt Daniel Biro. Er sieht besonders in der Optimierung der Paste noch eine Menge Potenzial, um den Wirkungsgrad der Zellen weiter zu erhöhen. Derzeit werden mit dieser Technologie aber immerhin auch Wirkungsgrade von 20% erreicht.
Industrielle Produktion möglich
An Neuentwicklungen in der Photovoltaik besteht eigentlich kein Mangel. Oft gibt es jedoch – gerade bei Solarzellen mit Rekordwirkungsgraden – das Problem, dass die nötigen Anlagen für eine industrielle Fertigung noch fehlen. Bei den hier beschriebenen Zellen sieht das anders aus. Beide Zelltypen wurden nämlich vollständig durch industrienahe Fertigungsanlagen des ISE hergestellt. Ralf Preu, Bereichsleiter PV Produktionstechnologie und Qualitätssicherung und Leiter des PV-TEC bezeichnet das folgerichtig auch als „wichtigen Meilenstein für weitere Kostensenkungen in der Photovoltaik“ und freut sich über diesen „wegweisenden Erfolg“.
Autor: Jürgen Brück
KONTAKT: Fraunhofer-Institut für Solare Energiesysteme ISE, 79110 Freiburg, Tel. 0761 45880, Fax 0761 45889000, info@ise.fraunhofer.de, www.ise.fraunhofer.de
