Forscher des in Freiburg Fraunhofer-Instituts für Solare Energiesysteme (ISE) haben einfach herzustellende großflächige Siliziumzellen mit einem Wirkungsgrad von 19,6 Prozent entwickelt.
Der Wirkungsgrad wurde mit monokristallinem Silizium und neuen Emittern möglich, einer dünnen Schicht, in der sich die elektrischen Ladungsträger sammeln. Die Spitzensolarzelle ist eine Typ-n-Siliziumzelle mit einem bordotierten Emitter, dessen Oberfläche durch eine zusätzliche Schicht aus Aluminiumoxid passiviert wird. Eine p-Typ-Zelle mit phosphordotiertem Emitter, der mittels Laser aufgebracht wird (Laser Fired Contact Technologie) erreichte ebenfalls einen Wirkungsgrad von 19,6 Prozent.
Industrielle Fertigung im Blick
Die Forscher haben die neuen Solarzellen auf 125 x 125 Millimeter großen monokristallinen Wafern gefertigt. Dadurch entfallen aufwändigen Justierungs- oder Strukturierungsschritte. Das vereinfacht und beschleunigt den industriellen Produktionsprozess.
Derzeit wandeln kristalline Siliziumzellen durchschnittlich 14 bis 19 Prozent des Sonnenlichts in elektrische Energie um. Die Forscher wollen jetzt die 20-Prozent-Marke knacken. „Die Übertragung ihrer Ergebnisse in die Produktion wird – parallel zur rasanten Marktentwicklung in Deutschland – die Kosten für photovoltaisch erzeugten Strom weiter senken“, sagt Christian Schmiga, Projektleiter am ISE.
Lichtmanagement in Dünnschichtmodulen verbessert
Mit einem verbesserten Lichtmanagement erreichten Forscher auch einen höheren Wirkungsgrad von Solarmodulen aus Siliziumdünnschicht. Im Rahmen des vom Forschungszentrum Jülich (FZJ) koordinierten Forschungsprojektes „Lichtmanagement für industriell gefertigte Siliziumdünnschichtsolarmodule“ (LIMA) zeigen die Wissenschaftler, dass ein Wirkungsgrad von 10,6 Prozent bei einer Fläche von über einem Quadratmeter möglich ist.
„Rund ein Drittel des Modulleistung lässt sich auf das Lichtmanagement, also die verbesserte Ausnutzung des einfallenden Lichtes, zurückführen“, erklärt Jürgen Hüpkes, Koordinator des LIMA-Projektes beim FZJ. Denn je länger der Weg des Lichtes in der Zelle ist, desto mehr Energie wandelt sie um.
Dazu haben die Forscher den Übergang zwischen der Siliziumschicht und den Kontaktschichten innerhalb der Solarzelle durch Fluss- oder Salzsäure geätzt und aufgeraut. Auf diese Weise entstehtauf dem Oxidmaterial eine definierte Krateroberfläche, an das Licht in den Halbleiter gestreut wird. „Statt auf dem kürzesten Weg, laufen die Lichtstrahlen nun mehr als 16 Mal länger durch das Silizium", sagt Hüpkes.
Das verbesserte Aufrauverfahren ist auch unter industriellen Produktionsbedingungen möglich. In kommenden Projekten wollen die Tüftler die im Labormaßstab bereits erzielten Wirkungsgrade von zwölf Prozent auf großformatige Industriemodule übertragen. (Sven Ullrich)
