Forscher des Photovoltaik Technologie Evaluationscenter (PV-TEC) des Fraunhofer Instituts für Solare Energiesysteme (Fraunhofer ISE) haben neue kristalline p-Typ-Siliziumzellen mit einem Wirkungsgrad von 20,2 Prozent hergestellt. Die Rekordzelle ist eine sogenannte MWT-PERC Solarzelle. Hier vereinen die Forscher zwei effizienzsteigernde Ansätze miteinander. Zum einen verlagern sie den externen Vorderseitenkontakt auf die Rückseite (MWT – Metal Wrap Through). Dadurch erreichen sie, dass die Zelle mehr Licht aufnehmen kann, weil die Kontakte Teile der Zelle nicht mehr abschatten. Der mit Siebdruck aufgebrachte Rückseitenkontakt aus Aluminium wird durch lokales Laserlegieren (Laser Fired Contacts) mit dem bordotierten Floatzone-Siliziummaterial verbunden.
Zum anderen optimierten sie die Verspiegelung der Solarzellenrückseite. „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 PV-TEC. Außerdem sind die Oberflächen sowohl der Vorder- als auch Rückseite mit Siliziumdioxid passiviert (PERC – Passivated Emitter and Rear Cell). „Dadurch erreichen wir bessere Materialeigenschaften“, sagt Daniel Biro.
Ein Meilenstein für weitere Kostensenkungen
Auch mit einer n-Typ-Solarzelle aus monokristallinem Floatzone-Siliziummaterial erzielten die Forscher einen Wirkungsgrad von 20,0 Prozent. Bei dieser BC-BJ Solarzelle (Back-Contact Back Junction) sind ebenfalls beide Pole auf der Rückseite der Zelle angebracht. Im Unterschied zum MWT-PERC Konzept ist aber auch der einsammelnde Emitter auf der Rückseite. Damit reduzieren die Forscher die Abschattungsverluste weiter. Als Emitter nutzen die Forscher eine Aluminiumpaste. Diese wird mittels Siebdrucktechnologie auf die Zelle aufgebracht. „Die Aluminiumdotierung ist erst in den letzten Jahren als hochwertig erkannt worden und wir stehen hier erst am Beginn der Entwicklung“, sagt Daniel Biro. „Für diese Zelle haben wir keine spezielle Paste genommen und diese noch nicht optimiert. Mit einer verbesserten Paste könnte man den Wirkungsgrad noch weiter steigern.“
Beide Solarzellentypen wurden vollständig mit industrienahen Anlagen der PV-TEC Pilotlinie hergestellt. Deshalb ist eine Übertragung in die Großproduktion ohne Weiteres möglich. Die Wirkungsgrade der Zellen wurden vom Kalibrierlabor für Solarzellen am Fraunhofer ISE (CalLab PV Cells) bestätigt. „Es ist damit gelungen, basierend auf der industriell etablierten Produktionstechnologie exzellente Wirkungsgrade über 20 Prozent zu demonstrieren“, sagt Ralf Preu, Bereichsleiter PV Produktionstechnologie und Qualitätssicherung und Leiter des PV-TEC. „Das ist ein wichtiger Meilenstein für weitere Kostensenkungen in der Photovoltaik.“ (Sven Ullrich)
