Photovoltaik: Neuartige „Schichttransfer-Solarzelle“ erreicht 19,1 Prozent WirkungsgradDas Institut für Solarenergieforschung Hameln (ISFH) hat eine Schichttransfer-Dünnschichtsolarzelle vorgestellt, die einen Wirkungsgrad von 19,1 Proznent aufweist. Diese Solarzelle benötigt nur etwa ein Fünftel des Siliziummaterials, das für eine konventionelle Solarzelle eingesetzt wird. Möglich wurde diese Effizienz durch die Anwendung von Technologien, die für die Herstellung industrieüblicher Wafersolarzellen entwickelt wurden. Sie konnten erstmals erfolgreich auf Dünnschichtsolarzellen übertragen werden.
Ungefähr 90 Prozent aller heute am Markt erhältlichen Photovoltaik Module bestehen aus Solarzellen die aus Silizium gefertigt werden. Aus großen Siliziumblöcken werden so genannte Wafer herausgesägt, wodurch ein erheblicher Materialverlust allein durch Verschnitt entsteht. So macht der Siliziumpreis etwa ein Drittel der gesamten Modulkosten aus. Um diesen Kostenanteil spürbar zu senken, entwickelt das ISFH sägefreie Verfahren zur Herstellung von Siliziumschichten, aus denen extrem dünne Solarzellen hergestellt werden können.
Ein solches Verfahren ist der sogenannte „Poröses-Silizium-Prozess“ (PSi-Prozess). Er ermöglicht ein Ablösen einer weniger als 50 µm dicken Siliziumschicht, die epitaktisch auf einen speziell präparierten Substratwafer aufgewachsen wird. Die so erzeugte dünne Schicht wird anschließend zur Solarzellenprozessierung verwendet; das Substrat ist nach einer Reinigungsprozedur erneut verwendbar.
Der Physiker Jan Hendrik Petermann hat im Rahmen seiner Promotionsarbeit verschiedene am Institut entwickelte Prozesse eingesetzt, um zu demonstrieren, welche hohen Wirkungsgrade extrem dünne Solarzellen die mittels des PSI-Prozesses hergestellt wurden, erzielen können. So wurde beispielsweise neben einer verlustarmen Textur auf der Vorderseite eine Rückseitenpassivierung durch einen Schichtstapel aus Aluminiumoxid (Al2O3) und Siliziumnitrid (SiNx) benutzt. Dieser Schichtstapel wurde zur anschließenden Kontaktierung mit einem Laser innerhalb weniger Sekunden geöffnet. Auch ein am ISFH entwickelter Prozess zur Verringerung der Ladungsträgerverluste an den Kontakten der Solarzelle kam zum Einsatz.
„Diese hohen Wirkungsgrade zeigen das große Kostensenkungspotenzial, welches unsere Schichttransferprozesse bieten“, freut sich der Institutsleiter und Doktorvater Professor Brendel.
Details der Prozessfolge und die Ergebnisse der quantitativen Solarzellenanalyse sind hier veröffentlicht: http://onlinelibrary.wiley.com/doi/10.1002/pip.1129/abstract.
Quelle: Institut für Solarenergieforschung Hameln (ISFH)