Joseph-von-Fraunhofer-Preis 2016: Laserbasiertes Solarzellen-Herstellungsverfahren ausgezeichnet

Die Preisverleihung fand im Rahmen der Jahrestagung der Fraunhofer-Gesellschaft am 10.05.2016 in Essen statt.
„Wir freuen uns sehr über diese Auszeichnung“, sagt Ralf Preu. „Über die Anerkennung unserer Arbeit hinaus zeigt sie die Innovationskraft der deutschen und europäischen Photovoltaik-Industrie.“

Erste industrielle Massenproduktion der PERC-Solarzelle ermöglicht
Solarzellen werden in der Regel mit einem flächigen metallischen Kontakt versehen, der die gesamte Rückseite eines Siliziumwafers bedeckt. Dies begrenzt jedoch den Wirkungsgrad. Als leistungsfähigere Alternative ist seit 1989 die Passivated Emitter and Rear Cell-Technologie (PERC) bekannt. Durch die Entwicklung des LFC-Prozesses ermöglichten die Fraunhofer-Forscher die erste industrielle Massenproduktion der PERC-Solarzelle.
Auf der Unterseite einer PERC-Solarzelle wird zwischen Kontaktschicht und Wafer eine sehr dünne nicht-leitende Schicht abgeschieden. Diese dient als Spiegel und reflektiert den Anteil des Sonnenlichts, der beim Durchdringen des Wafers nicht absorbiert wurde, in die Siliziumscheibe zurück. Da dasselbe an der Vorderseite passiert, wird das Licht im Wafer gefangen, und der Wirkungsgrad der Solarzelle steigt.
Um den Strom ableiten zu können, sind viele kleine Öffnungen in der nicht-leitenden Schicht notwendig, durch welche ein Kontakt zwischen Elektrodenmetall und Wafer entsteht. Beim LFC-Verfahren wird jeder dieser etwa 100.000 Kontakte durch einen Laserpuls erzeugt.

Laserlicht darf nur zwischen 50 und 2.000 Nanosekunden einwirken
„Die Schwierigkeit bestand darin, die Pulse so abzustimmen, dass einerseits der Kontakt vollständig ausgebildet ist, das Silizium aber nur minimal beeinträchtigt wird. Entscheidend dafür ist, dass das Laserlicht nur zwischen 50 und 2.000 Nanosekunden einwirkt“, erklärt Dr. Jan Nekarda, Gruppenleiter am ISE.
Durch ein neuartiges System könnten alle Kontakte in etwa einer Sekunde hergestellt werden. „Die so produzierten PERC-Solarzellen haben einen verbesserten Wirkungsgrad von einem Prozent absolut. Das sind zirka fünf Prozent relativ bei einem Solarzellenwirkungs-grad von heute etwa 20 Prozent. Im System gewinnen wir zusätzlich zwei Prozent, wodurch wir den gesamten Energieertrag um sieben Prozent steigern“, so Preu.

Erfolgreicher Einsatz in der Wirtschaft
Das Laser-Verfahren lässt sich in bestehende Produktionsprozesse integrieren. Hanwha Q Cells hat nach eigenen Angaben seit der Produktionseinführung 2012 bereits 20 Millionen Zellen mit Hilfe der LFC-Technologie hergestellt. Weltweit haben Unternehmen die PERC-Technologie mittlerweile in die Massenfertigung überführt.
„Allein im laufenden Jahr werden dazu Investitionen von mehr als 200 Millionen Euro getätigt. Damit ist die nächste Evolutionsstufe der Siliziumsolarzelle endgültig etabliert“, sagt Ralf Preu.
Schon einmal wurden er und Jan Nekarda für die Laser Fired Contact (LFC)-Technologie mit einem Preis geehrt: Gemeinsam mit einem Fraunhofer-ISE-Kollegen erhielten sie vor zwei Jahren den europäischen Wissenschaftspreis „Innovation Award Laser Technology 2014“.

12.05.2016 | Quelle: Fraunhofer-Institut für Solare Energiesysteme ISE | solarserver.de © EEM Energy & Environment Media GmbH