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„Th-ETA“ und „MASSE“ – Am Fraunhofer ISE steigen die Wirkungsgrade
Gleich zwei BMU-Forschungsprojekte am Fraunhofer-Institut für Solare Energiesysteme (ISE) konnten im Frühjahr 2011 mit relevanten Erfolgen aufwarten.
Im Projekt Th-ETA (Neue Technologien für höchsteffiziente Siliziumsolarzellen) erreichten die Forscher neue Spitzen-Wirkungsgrade für Solarzellen aus n-Typ Silizium. Im Labormaßstab war es den ISE-Forschern bereits gelungen, einen Spitzenwirkungsgrad von 23,9 % zu erreichen. Dabei war der Emitter (Schicht zur Trennung der elektrischen Ladungsträger) durch eindiffundiertes Bor auf der Vorderseite hergestellt worden und die Rückseite mit einer dielektrischen Schicht passiviert. Der besonders gute Wirkungsgrad wurde durch eine zusätzliche Schicht aus Aluminiumoxid, die die Solarzelle optisch und elektrisch vergütet, ermöglicht. Dieser Solarzellenprozess wurde nun stark vereinfacht und auf große Solarzellenflächen angepasst. Für eine solche industriell herstellbare Zelle mit ganzflächigen Phosphor-Rückseitenfeld (BSF) wurde ein Wirkungsgrad von 19,6 % erreicht. Einen weiteren Rekord erreichten die Wissenschaftler mit einer n-Typ-Zelle, bei der der Emitter durch eine Legierung mit Aluminium entstanden ist: 19,3 %. Dafür wandten sie das übliche Siebdruckverfahren an, gefolgt von einem kurzen Hochtemperatur-Feuerschritt. Beide Verfahren sind Weiterentwicklungen heutiger Industriestandards und lassen für die Zukunft Wirkungsgrade von 20 % und mehr in der industriellen Produktion erwarten. Während im Projekt Th-ETA neue Solarzellenkonzepte insbesondere auf n-typ-Silizium entwickelt werden, dient das Projekt MASSE (Massenfertigungstaugliche Verfahren für die Herstellung von monokristallinen Solarzellen mit 20 % Wirkungsgrad) der Entwicklung industrienaher Zellkonzepte auf herkömmlichem p-dotiertem Silizium mit produktionsnaher Anlagentechnologie. In ihren so genannten MWT-PERC-Solarzellen vereinten die Wissenschaftler zwei effizienzsteigernde Ansätze, durch die sie zunächst einen Wirkungsgrad von 19,4 % erreichten. Darin wird für weniger Abschattung der Vorderseitenkontakt auf die Rückseite verlagert, zudem wird die Solarzellenrückseite optimiert verspiegelt und die Oberfläche passiviert. Zum Test des Potenzials dieses Ansatzes wurde hochwertiges Floatzone-Silizium verwendet. Damit gelang nun ein Wirkungsgrad von 20,2 %. Das Know-how zur Herstellung der MWT-PERC-Zellen wird bereits an mehrere deutsche Solarzellenhersteller übertragen. Auch mit den so genannten BC-BJ-Solarzellen wurde ein Wirkungsgrad von 20 % erreicht. Bei diesem Zellkonzept wird zusätzlich zu den Kontakten der Emitter auf die Rückseite verlegt, ähnlich wie bei den bekannten Rekordzellen der US-amerikanischen Firma Sunpower, wobei in den Zellen der Forscher aus Freiburg die Emitterbildung und –strukturierung deutlich vereinfacht werden konnte. Es besteht hohes Entwicklungspotenzial, dieses Ergebnis weiter zu verbessern. Th-ETA wird mit rund 6 Millionen, MASSE mit rund 6,5 Millionen Euro vom BMU gefördert.
| Copyright: | © Bundesministerium für Umwelt, Naturschutz, nukleare Sicherheit und Verbraucherschutz (01.06.2011) | |
