Papierdünne Solarzellen mit 20.2% Wirkungsgrad

Ein aufmerksamer Blick auf aktuelle Meldungen aus der Solarstrombranche zeigt, dass Materialeinsparung und höhere Wirkungsgrade für die Solarzellenhersteller im Mittelpunkt stehen.

Die Notwendigkeit, beide Ziele gleichzeitig zu erreichen, ergibt sich aus den relativ hohen Kosten für das Ausgangsmaterial kristallines Silicium, aus dem mehr als 90% aller weltweit hergestellten Solarzellen bestehen. Im Labor des Fraunhofer-Instituts für Solare Energiesysteme ISE wurde jetzt eine 37 Mikrometer (µm) dünne kristalline Silicium-Solarzelle mit einem Wirkungsgrad von 20.2% hergestellt. Im Vergleich dazu sind heutige Industriezellen noch mit 300 µm (=0,3 mm) vergleichsweise dick und mit etwa 16% Wirkungsgrad deutlich weniger leistungsfähig.

"Man erkennt sofort, welch enormes Potenzial noch in der bewährten kristallinen Silicium-Technologie vorhanden ist", so Gerhard Willeke, Leiter der Abteilung Solarzellen "und wir haben nun auch die Technologie, dieses Potenzial in einer industriellen Fertigung abzurufen".

Die Freiburger Solarzellenforscher haben einen kostengünstigen Prozess entwickelt, mit dem es möglich ist, selbst aus ultradünnen Siliciumscheiben Solarzellen mit hohen Wirkungsgraden herzustellen. Ganz entscheidend für das erfolgreiche Resultat ist ein am Fraunhofer ISE entwickeltes und patentiertes Verfahren für die Rückseitenkontaktierung der Solarzelle. Die sogenannte LFC-Technik - LFC steht für Laser Fired Contacts - bietet die ideale Möglichkeit, hohes Wirkungsgradpotenzial mit niedrigen Herstellungskosten zu verbinden. Die bisher notwendigen teuren und langsamen Photolithographie-schritte auf der Rückseite entfallen. In den herkömmlichen hocheffizienten Laborprozessen mussten mit hohem Aufwand kleine Löcher in der Isolierschicht geöffnet werden, um danach die Rückseitenelektrode aus Aluminium aufzubringen.

"Bei der LFC-Prozessierung dampfen wir die Aluminium-schicht direkt auf die Passivierungsschicht und feuern dann mit einem Laser das Metall durch, um so die lokalen Kontakte herzustellen", so Stefan Glunz, Koordinator des Marktbereichs Monokristalline Siliciumsolarzellen.

Dieser Prozess ist kostengünstig, materialschonend, äußerst schnell, er dauert nur eine Sekunde pro Solarzelle, und er funktioniert unabhängig von Scheibendicke und -dotierung, genau richtig für eine industrielle Massenfertigung. Einen Nischenmarkt für superdünne Hochleistungszellen gibt es bereits in der Luft- und Raumfahrt. Für den terrestrischen Massenmarkt braucht es allerdings noch Forschung und Entwicklung in deutlichem Umfang, um die ultradünnen Scheiben kostengünstig herzustellen.

Die Herstellung von Solarzellen auf ultradünnen Wafern wird im Rahmen eines Projekts des Bundesministeriums für Umwelt, Naturschutz und Reaktorsicherheit BMU gefördert.