Forscher des Fraunhofer-Instituts für Solare Energiesysteme (ISE) in Freiburg haben ein neues Konzept für Solarzellen mit einem höheren Wirkungsgrad vorgestellt. Die beidseitig kontaktierte n-Typ Siliziumsolarzelle hat einen Wirkungsgrad von immerhin 24 Prozent.
Verluste minimieren
Zentrales Element des neuen Zellkonzepts ist der ganzflächige passivierte Rückseitenkontakt. Das verkürzt den Weg der Ladungsträger in der Basis. Bisher wird bei der Herstellung hocheffizienter Siliziumsolarzellen nur ein kleiner Teil der Rückseiten kontaktiert. Das hat den Vorteil, dass die Rekombination von Ladungsträgern, die zu Stromverlusten führt, durch die kleineren Metallkontakte reduziert werden. Der Nachteil ist aber, dass dadurch die Wege der Ladungsträger in der Basis zu den Kontakten verlängert werden. Das wiederum führt ebenfalls zu Leistungsverlusten. Mit der ganzflächigen Kontaktierung der Rückseite wollen die Freiburger Wissenschaftler diese Verluste minimieren und damit das Wirkungsgradpotenzial der Solarzelle erhöhen. Dies konnten sie mit Hilfe „passivierter“ Kontakte erreichen. „Wir haben einen selektiven passivierten Kontakt entwickelt, der die Majoritätsladungsträger passieren lässt, während die Minoritätsladungsträger nicht rekombinieren“, erklärt Martin Hermle, Abteilungsleiter Hocheffiziente Siliciumsolarzellen am Fraunhofer ISE, das Prinzip. „Unsere neue Rückseitenkontaktierung heißt TOPCon“, ergänzt Frank Feldmann, Mitarbeiter der Forschungsgruppe, die das Zellkonzept entwickelt hat. Die Abkürzung steht für Tunnel Oxide Passivated Contact. „TOPCon besteht aus einem ultradünnen Tunneloxid und einer dünnen negativ leitenden Siliziumschicht“, erklärt Feldmann. „Die Oberfläche wird hervorragend passiviert und gleichzeitig stellt der Kontakt einen geringen Widerstand für den Ladungsträgertransport dar.“ Mit dieser Struktur können die Forscher die Rückseite der Zelle ganzflächig kontaktieren und dabei gleichzeitig die Oberfläche sehr gut zu passivieren sowie den Widerstandsverlust in der Basis auf ein Minimum zu reduzieren.
Entscheidende Hürde genommen
Damit haben die Freiburger Forscher eine entscheidende Hürde bei der Herstellung von n-Typ Siliziumsolarzellen überwunden. Dieser Typ der Solarzelle mit negativ leitender Solarzellenbasis hat das Potenzial eines höheren Wirkungsgrades in der industriellen Produktion. Denn sie hat eine höhere Toleranz gegenüber den meist metallischen Verunreinigungen und hat eine höhere Materialqualität. Allerdings war die Rückseitenkontaktierung immer ein Problem. „Uns ist es jetzt gelungen, einen einfachen und strukturierungsfreien Rückseitenkontakt zu entwickeln, mit dem wir auf einer hocheffizienten n-Typ Solarzelle einen Wirkungsgrad von 24 Prozent realisieren konnten“, freut sich Stefan Glunz, Bereichsleiter Solarzellen – Entwicklung und Charakterisierung am Fraunhofer ISE.
