Weltrekord-Silicium-Solarzellen / 25.09.2015

ForTeS: Verfahren zur ganzflächigen Rückseiten-Kontaktierung

Fraunhofer ISE erreicht mit neuem passivierten Tunneloxid-Kontakt Weltrekord-Wirkungsgrad für beidseitig kontaktierte Silicium-Solarzellen. © Fraunhofer ISE
Schichtaufbau der TOPCon-Struktur auf der Rückseite einer Silicium-Solarzelle, aufgenommen mit einem Transmissionselektronenmikroskop. © Fraunhofer ISE
Optimierter Ladungsträger-Transport: Die Simulation verdeutlicht den Unterschied des Stromtransports in Solarzellen mit lokaler Rückseiten-Kontaktierung (links) und in Zellen mit dem neuen ganzflächigen, passivierten TOPCon-Rückseitenkontakt (rechts). © Fraunhofer ISE

Mit einem neuen Verfahren zur Rückseitenkontaktierung von Silicium-Solarzellen haben Forscher des Fraunhofer-Instituts für Solare Energiesysteme ISE einen Rekord für beidseitig kontaktierte Siliciumsolarzellen aufgestellt. Die Wissenschaftler erreichten einen Wirkungsgrad von 25,1 Prozent mit einem ultradünnen Tunneloxid-Rückseitenkontakt. Dieser wird vollflächig aufgebracht und kommt ohne aufwendige Bearbeitungsschritte zur Strukturierung der Zellrückseite aus.

Optimierter Zellwirkungsgrad durch Tunnel-Oxid-Schicht

 

Das in dem Projekt ForTeS - Entwicklung fortschrittlicher Technologien zur Effizienzsteigerung von Silicium-Solarzellen der nächsten Generation - entwickelte Verfahren steigert den Wirkungsgrad der Solarzelle und vereinfacht zugleich die Bearbeitung. Da bei der neuen, sogenannten Tunnel-Oxide-Passivated-Contact–Technik (TOPCon-Technik) der Rückseitenkontakt ganzflächig aufgebracht wird, entfällt die bei anderen Verfahren erforderliche Strukturierung beziehungsweise punktförmige Kontaktierung der Rückseite. Die neue Rückseitenkontaktierung setzt sich zusammen aus einem ultradünnen Tunneloxid und einer dünnen Siliciumschicht. Damit verbindet sie eine hervorragende Oberflächenpassivierung und einen geringen Widerstand für den Ladungsträgertransport. Diese Kombination lässt den Strom verlustfrei aus der Solarzelle abfließen und verhindert gleichzeitig die Rekombination an den Metallkontakten.

Im Forschungsprojekt erreichten die Freiburger Wissenschaftler ihren Erfolg mit n-Typ-Silicium, das gegenüber den meisten metallischen Verunreinigungen toleranter als p-Typ-Silicium ist. Es eignet sich dadurch besser dafür, in der industriellen Produktion höchste Wirkungsgrade anzustreben. Inzwischen untersuchen sie, wie das Verfahren an p-Typ-Silicium angepasst werden kann, um für einfache Zellstrukturen höhere Wirkungsgrade zu erreichen.

Rekordwirkungsgrad mit ganzflächigen, selektiven Kontakten

 

Dr. Martin Hermle, Leiter der Abteilung Hocheffiziente Silicium-Solarzellen am Fraunhofer ISE, erklärt den Vorteil des neuen Konzeptes: „Bisher wurden zur Steigerung des Wirkungsgrads von Solarzellen immer komplexere Solarzellenstrukturen verwendet. Im Vergleich mit den momentan verwendeten hocheffizienten Solarzellenstrukturen vereinfachen wir den Herstellungsprozess und erhöhen dennoch die Effizienz der Solarzellen.“

Die Forscher reduzierten die Dicke der Siliciumoxid-Passivierungsschicht auf ein bis zwei Nanometer, sodass die Ladungsträger diese Barriereschicht mittels quantenmechanischer Tunnelprozesse überwinden können. Auf dieses Tunneloxid wird flächendeckend eine dünne Schicht aus hochdotiertem Silicium abgeschieden. Die neuen ganzflächigen selektiven Kontakte, also passivierte Kontakte, sind so abgestimmt, dass sie zum einen die Rekombination von Ladungsträgern unterdrücken und gleichzeitig einen verlustfreien Transport der Majoritätsladungsträger zulassen.

Das Bundesministerium für Wirtschaft und Energie (BMWi) und das U. S. Department of Energy fördern die Forschungsarbeiten im Rahmen des Projekts ForTeS.

Mehr zum Projekt

ForTeS - Entwicklung fortschrittlicher Technologien zur Effizienzsteigerung von Silicium-Solarzellen der nächsten Generation

Fraunhofer-Institut für Solare Energiesysteme (ISE)

Förderkennzeichen:
0325292

Laufzeit:
2011 - 2016

Weitere Informationen

Über die Optimierung der Herstellung von PERC-Solarzellen durch den Einsatz von Lasern berichtet das BINE-Projektinfo „Solarzellen mit Laser bearbeiten“ (08/2015).

Forschungsförderung

Das Informationssystem EnArgus bietet Angaben zur Forschungsförderung, so auch zu diesem Projekt.