Die Innovationsallianz Photovoltaik hat die Ergebnisse des ersten abgeschlossenen Forschungsprojekts vorgestellt. Der Zusammenschluss von elf Solarunternehmen und vier Forschungsinstituten im Projekt Sonne hat die Technologie der PERC-Zellen (Passivated Emitter Rear Cell) weiterentwickelt. Außerdem wurde im Rahmen des Forschungsprojekts die Kontaktierung der Frontseite der Solarzellen mit schmaleren Kontaktfingern technologisch umgesetzt. Dadurch ist es gelungen, die Zelleffizienz erheblich zu steigern. „Es ist aber nicht so entscheidend, was in der Zelle passiert, unser Ziel war es, die Leistung der Solarmodule zu erhöhen“, erklärt Holger Neuhaus, Geschäftsführer von Solarworld Innovations mit Sitz im sächsischen Freiberg. Die Forschungsabteilung des Bonner Zell- und Modulherstellers Solarworld hat die Koordination des Forschungsprojektes übernommen.
Ergebnisse können sich sehen lassen
Schon nach kurzer Zeit konnten die Forscher ein Modul in Standardgröße mit 60 Zellen mit einer Modulleistung von 306 Watt herstellen. Der TÜV Rheinland hat die Modulleistung offiziell bestätigt. „Das ist Weltrekord“, freut sich Neuhaus. Bisher haben die Standardmodule eine Leistung von 240 bis 250 Watt. Die Leistungssteigerung haben die Forscher im Projekt Sonne mit der Verspiegelung der Zellrückseite mit Siliziumnitrid und deren Passivierung mit Aluminiumoxid erreicht. An der Siliziumnitridschicht wird das Sonnenlicht und in die Siliziumschicht zurückgeworfen. Dort kann es zur Stromproduktion genutzt werden. Im nächsten Produktionsschritt wird mittels Laser eine Struktur in die Oberfläche geschmolzen. Die dadurch entstehenden Lücken in der Siliziumnitridschicht werden für die Kontaktierung der Rückseite genutzt, um den Solarstrom abzuleiten.
Schmale Kontakte für mehr Oberfläche
Außerdem nutzen die Forscher eine größere Oberfläche zum Einfangen des Sonnenlichts auf der Vorderseite der Zelle. Das erreichen sie, indem sie schmalere Vorderseitenkontakte aufbringen. Statt der bisherigen 70 Mikrometer breiten Kontaktfinger wurde die Breite der Kontakte im Forschungsprojekt auf 30 Mikrometer reduziert. „Dabei mussten wir das Aspektverhältnis – also das Verhältnis von Breite und Höhe der Kontaktfinger von 0,6 beibehalten“, erklärt Stefan Rehbehn, als Projektmanager beim Berliner Equipmenthersteller Jonas und Redmann. Das Unternehmen hat mit einem neu entwickelten Verfahren seinen Anteil zum Forschungserfolg beigetragen. „Das größte Problem war die geringe Höhentoleranz von plus/minus 20 Mikrometern“, sagt Rehbehn. Denn die Kontaktfinger dürfen nicht zu weit über die Oberfläche des Wafer herausragen. Bei dem neuen Verfahren wird zunächst die Oberflächenstruktur des Wafers analysiert. Danach wird er auf einen sogenannten Hexapoden weiter transportiert. Das ist eine Fläche, die auf sechs Beinen steht. Jedes dieser Beine ist in seiner Länge veränderlich. Das bedeutet, dass die Fläche, auf der die Solarzelle in ihrer horizotalen und vertikalen Lage so weit gedreht, abgesenkt oder angehoben werden kann, dass der Hexapod exakt die vorher gemessene Oberflächenstruktur des Wafers nachfährt und damit die Kontakte inerhlab der vorgegebenen Höhentleranz aufgebracht werden.
Modulwirkungsgrad weiter erhöhen
Der Bonner Zell- und Modulhersteller hat die Forschungsergebnisse schon seit November 2012 in seine Fertigung überführt. Die drei Prozessschritte konnten vollständig in das bestehende Produktionsequipment integriert werden – eine Voraussetzung für die Förderung des Projektes durch die Bundesregierung. Insgesamt hat das Projekt Sonne 11,4 Millionen Euro aus dem Fördertopf bekommen, den das Bundesumweltministerium und das Bundesministerium für Bildung und Forschung bereitgestellt hat. Weitere 10,1 Millionen Euro haben die Projektpartner beigesteuert. Die Laufzeit des Forschungsprojektes begann am 1. Januar 2011 und endete zum 31. Dezember 2013. Den Weltrekord konnte Solarworld in der Serienfertigung aber nicht halten. Denn bisher können die Endkunden Module mit einer Leistung von 265 bis 275 Watt kaufen. „Bis zum Ende dieses Jahres wollen wir auf eine Modulleistung von 280 Watt kommen“, stellt Holger Neuhaus in Aussicht. (Sven Ullrich)
