Siebdruck-Silizium-Solarzellen mit hohem Wirkungsgrad

Das Institut für Solarenergieforschung Hameln (ISFH) steigert in Zusammenarbeit mit der Singulus  Technologies AG den Wirkungsgrad von Siebdruck-Silizium-Solarzellen auf einen Rekordwert von 20,1%. Heute sind in der PV Industrie 17,0 bis 18,5%  üblich.  Den neuen Rekord hat das Fraunhofer ISE in einer unabhängigen Messung bestätigte. Eine verbesserte Zellrückseite mit einer ICP-AlOx/SiNy Doppelschicht ermöglicht diesen Fortschritt ohne „Selektive Emitter“ Technologie.20,1% ist einer der weltweit höchsten gemessenen Wirkungsgrade für industrietypische Solarzellen mit Siebdruckmetallisierung. Nur Schott Solar und Q-Cells erzielten höhere Wirkungsgrade mit 20,2%.

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 der Singulus  Technologies AG entwickelte Abscheidemethode, für die Singulus aktuell eine integrierte Produktionslösung entwickelt. Die Kontaktierung durch Aluminium auf der Rückseite der Zelle erfolgt mittels Laserablation hergestellter, linienförmiger 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, welches schmalere Kontaktfinger und daher eine geringere Abschattung ermöglicht. Dieser fortschrittliche Siebdruck-Prozess wurde zusammen mit DEK Solar am ISFH optimiert unter Verwendung ihrer Eclipse Siebdruck-Plattform und Präzisionssiebe. Darüber hinaus wurde die Solarzelle mit industrietypischen Prozesssequenzen hergestellt, insbesondere mit einem homogen Phosphor dotierten Emitter sowie mit einem 156 × 156 mm2 großen Czochralski (Cz)-Silizium Wafer.

„Dieses exzellente Ergebnis konnten wir durch die Förderung des Bundesumweltministeriums und die Förderung durch unsere Partner SolarWorld AG, Schott Solar AG, Solland Solar Cells GmbH, RENA GmbH und Singulus  Technologies AG im Rahmen des HighScreen-Projektes erzielen“, freut sich Dr. Thorsten Dullweber, Leiter der ISFH Forschungsgruppe Solarzellen Produktionsprozesse. „Zudem hat unsere Zusammenarbeit mit DEK Solar, Ferro Corporation und Heraeus GmbH den Projektfortschritt beschleunigt.“

Prof. Dr. Rolf Brendel, Institutsleiter des ISFH, ergänzt: „Diese technologischen Innovationen zeigen das große Potential, die Stromgestehungskosten von Photovoltaikmodulen weiterhin nachhaltig zu senken.“ „Die deutliche Wirkungsgradsteigerung, die durch den ICP-AlOx Prozess erzielt wurde, bestärkt SINGULUS in der Strategie, diesen Prozess für rückseitenpassivierte Solarzellen in einer integrierten Produktionslösung anzubieten“, erklärt Dr. Björn Roos, Produkt Manager Solar von Singulus  Technologies AG.

Etwa 80% der heute industriell produzierten Solarzellen verwenden p-leitende, kristalline 156 x 156 mm2 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.

Mehr Informationen: www.isfh.de
Foto: Prototyp der siebgedruckten Solarzelle mit 20,1% Wirkungsgrad und ICP-ALOx/SiNy-Passivierungsschicht./ ISFH (Salzmann PhotoDesign)