Photovoltaik-Weltrekord: Bosch Solar und ISFH erreichen 5,32 Watt Spitzenleistung mit großflächigen ionenimplantierten IBC-Solarzellen

Bosch Solar Energy (Arnstadt) und das Institut für Solarenergieforschung Hameln (ISFH) haben ein gemeinsames Entwicklungsprojekt zu ionenimplantierten IBC-Solarzellen (interdigitated back junction back contacted cells) erfolgreich abgeschlossen. Der höchste Zellwirkungsgrad für die pseudoquadratischen, 156x156 mm2 großen Solarzellen auf n-Typ-Czochralski-Wafern von Bosch Solar Energy wurde mit 22,1 Prozent gemessen.

Dabei lagen die Leerlaufspannung (Voc) bei 676,2 mV, die Kurzschlussstromdichte (jsc) bei 41,6 mA/cm2 und der Füllfaktor (FF) bei 78,5 Prozent. Dies entspricht einer Zellleistung von 5,32 Wpeak und damit dem höchsten je gemessenen und veröffentlichten Wert für kristalline Silizium-Solarzellen mit nur einem pn-Übergang.
Das Photovoltaik-Projekt wurde von Applied Materials (Santa Clara, Kalifornien) unterstützt, einem Anbieter von Ionenimplantationsanlagen.

Kein Metall auf der Vorderseite und silberfreie Metallisierung der Rückseite
IBC-Zellen sind ein attraktives Konzept für eine künftige Solarzellengeneration: Da die Vorderseite der IBC-Zellen nicht metallisiert ist, werden Abschattungsverluste vollständig vermieden. Zudem kann ihre rückseitige Metallisierung vollständig silberfrei ausgebildet werden, berichten die Entwicklungspartner. Durch die Anwendung neuartiger Modulintegrationstechniken kommen die Vorteile voll zur Geltung: eine hohe Zellspannung, sehr hohe Stromdichten und eine angenehme Optik.

Ionenimplantation vereinfacht Produktionsverfahren
Mit herkömmlichen Dotierungsmethoden ist die Prozessfolge für IBC-Zellen vielschichtig, weil die Herstellung von lokalen Dotiergebieten auf der Rückseite und die vollflächige Dotierung der Vorderseite mehrere Ofenprozesse und einige Maskierungsschritte erfordert. Die Ionenimplantation ermöglicht eine deutliche Verfahrensvereinfachung, weil diese Dotierung an sich einseitig ist und der Strukturierungsprozess bereits an Ort und Stelle (in situ) durch Einbringen von Schattenmasken in den Ionenstrahlgang erfolgt.

Durchbruch hinsichtlich der industriellen Herstellungskosten
Darüber hinaus ist nur ein Hochtemperaturschritt erforderlich: das gemeinsame Ausheilen aller Strahlungsschäden. Dank des In-situ-Strukturierungsprozesses und der Einsparung von Prozessschritten ermöglicht die Ionenimplantation einen Durchbruch hinsichtlich der Herstellungskosten von IBC-Zellen. Der Fokus des Kooperationsprogramms zielte auf die Entwicklung von industriell produzierbaren IBC-Zellen, das heißt die Vermeidung reiner Laborprozesse.

Prozesse im „Solarvalley Mitteldeutschland“ entwickelt
Zum Beispiel wurde eine industrielle Aufdampfanlage für die PVD-Beschichtung (physical vapor deposition) verwendet und Laserstrukturierung anstatt Fotolithografie eingesetzt. Einige alternative Prozesse, insbesondere die Passivierung der Implantationsgebiete mit Aluminiumoxid, die Isolation nach Evaluation vieler verschiedener Isolationsschichtstapel und die PVD-Metallisierung mit Sputtertechnologie anstelle des Aufdampfens wurden im parallel laufenden Verbundprojekt „xμ-Zellen – Phase 2“ des Spitzenclusters „Solarvalley Mitteldeutschland“ entwickelt.
Darüber hinaus zeigt sich weiteres Verbesserungspotenzial bei den Voc- und Füllfaktorwerten. Die Projektergebnisse haben gezeigt, dass dieses Zellkonzept ein hohes Leistungspotenzial hat und die strukturierte Ionenimplantation eine erfolgversprechende, wirtschaftliche Dotierungstechnik ist.

15.08.2013 | Quelle: Bosch Solar Energy; ISFH | solarserver.de © EEM Energy & Environment Media GmbH

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