Ein Forscherteam unter Leitung von RCT Solutions in Konstanz hat die Entwicklung der bifacialen Solarzellen vorangetrieben. Während der dreijährigen Forschungsarbeit haben die Wissenschaftler im Rahmen des Projektes FutureFab die Produktionstechnologie verbessert und die einzelnen Schritte im Herstellungsprozess optimiert. Am Ende haben sie die Herstellungskosten der Solarzellen in der neu entwickelten Solarfabrik der nächsten Generation um 30 Prozent pro Watt gesenkt. Bifacialen Solarzellen sind Siliziumzellen, die das Sonnenlicht auf beiden Seiten nutzen. So kann auf der einen Seite das direkt einfallende Sonnenlicht in Strom umgewandelt werden. Auf der Rückseite der Zelle wird zusätzlich das indirekte Licht genutzt, um Strom zu produzieren. Die Technologie eignet sich zwar weniger für die normalen Aufdachanlagen. Aber Module, die auf Flachdächern aufgeständert werden, können das indirekte Licht, das von einer hellen Oberfläche des Daches reflektiert wird, durchaus gut nutzen. Weitere Anwendungen sind zum Beispiel Anlagen auf Schallwänden an Autobahnen. Bei einer Installation in Ost-West-Ausrichtung können die Zellen das Sonnenlicht am Vormittag aus östlicher und am Nachmittag aus westlicher Richtung nutzen.
1. Neue Dotierung
Das Team hat an drei Stellschrauben bei der Produktion von beidseitig nutzbaren Solarzellen gedreht. Zum einen werden die Siliziumsolarzellen in neuen Produktionsanlagen dotiert. „Die Dotierung führte aber in der Vergangenheit zu unerwünscht hohen elektrischen Widerständen an den Kontaktfingern“, erklären die Forscher. „Das ging auf Kosten der Leistung.“ Die Wissenschaftler haben eine Lösung für dieses Problem gefunden. „Während die Solarzellen schwach dotiert werden, verstärken wir die Dotierung im Bereich der Kontakte“, erklärt Jens Krümberg, Projektkoordinator von FutureFab und Projektmanager bei RCT Solutions. „Dadurch erzielen wir einen hohen Wirkungsgrad in der Zelle, ohne dass der Widerstand an den Kontaktfingern spürbar zunimmt.“
2. Verbesserte Passivierung
Zusätzlich dazu haben die Forscher die Rückseitenpassivierung verbessert. Ähnlich wie in den PERC-Zellen wirft die passivierte Rückseite das zunächst von der Zelle nicht absorbierte Sonnenlicht wieder in das Halbleitermaterial zurück. Dort kann es weiter zur Stromproduktion genutzt werden.
3. Dünnere Kontaktfinger
Als dritten Schritt setzen die Forscher auf sehr dünne Kontaktfinger. Diese werden durch eine neue Feinlinienkontaktierung auf die Zelle aufgebracht. „Je schmaler die Kontaktfinger, desto größer die Fläche der Solarzellen, auf der das Sonnenlicht eindringen kann“, betonen die Konstanzer Wissenschaftler.
In der Massenfertigung anwenden
Die Wissenschaftler haben darauf geachtet, dass die Ergebnisse nicht nur im Labor stecken bleiben, sondern tatsächlich in der Massenfertigung anwendbar sind. „Unser Erfolgsrezept: Neue Verfahren schnell in bestehende Fertigungslinien zu integrieren und die einzelnen Anlagenteile optimal aufeinander einzustellen“, bringt es Jens Krümberg auf den Punkt. „Durch die Kombination der neuen Verfahren und durch einen optimierten Modulbauprozess wird Solarstrom künftig noch günstiger.“ Insgesamt hat das Forschungsprojekt 10,5 Millionen Euro gekostet. Die Hälfte davon kam aus dem Topf der Innovationsallianz Photovoltaik. An dem Projekt waren neben RCT Solutions noch der Maschinenbauer ASYS Automatisierungssysteme aus Dornstadt, ROFIN-BAASEL Lasertech aus Starnberg, das Photovoltaik-Institut Berlin, das Fraunhofer-Center für Silizium-Photovoltaik (CSP) in Halle und das International Solar Energy Research Center (ISC) Konstanz beteiligt.
