Neue Kontakte sollen Effizienz von Solarzellen steigern

Bei gängigen Solarzellen geht ein Teil der Ladungsträger beim Verlassen der Zelle über den Kontakt verloren. Ihr Wirkungsgrad ist daher begrenzt. Wissenschaftler an der Leibniz Universität Hannover haben ein neues Verfahren entwickelt, bei dem die Kontakte verbessert wurden. Es könnte dazu beitragen, die Verluste der Ladungsträger zu reduzieren, berichtet die Uni in einer Pressemitteilung.

Die neuartigen Kontakte wurden in einem gemeinsamen Forschungsprojekt des Instituts für Materialien und Bauelemente der Elektronik (MBE) an der Leibniz Universität Hannover und dem Institut für Solarenergieforschung in Hameln (ISFH) von Dr. Udo Römer in seiner Promotionszeit hergestellt.

Zusätzliche Silizium-Schicht passiviert die Kontakte
Eine Solarzelle besteht im Wesentlichen aus reinem Silizium. Dort wird Licht eingefangen, das positive und negative Ladungsträger erzeugt. Damit sie als Strom genutzt werden können, müssen die Ladungsträger über unterschiedlich behandelte Bereiche des Siliziums an Vorder- und Rückseite abgeführt werden. Dazu sind Kontakte aus Metall notwendig. An dieser Stelle – beim Übergang vom Metall zum Silizium – kommt es bislang zu hohen Verlusten an Ladungsträgern.
Hier setzen die neu entwickelten „POLO“-Kontakte (polycrystalline Silicon on Oxide) an. Um die positiven Ladungsträger auf der einen und die negativen Ladungsträger auf der anderen Seite der Solarzelle zu extrahieren, hat Römer je eine weitere Schicht Silizium benutzt, jedoch mit einer anderen Struktur als im Inneren der Zelle. Das polykristalline, leitfähige Silizium wird als dünne Schicht auf einem hauchdünnen Film aus Siliziumoxid aufgetragen. Diese isolierende Zwischenschicht passiviert die Kontakte.

Winzige Poren leiten Ladungsträger weiter
Durch Erhitzen auf Temperaturen um die 800 Grad Celsius entstehen winzige Poren in der darunter liegenden Passivierung. Durch sie könnten die Ladungsträger nahezu verlustfrei über die polykristalline Siliziumschicht und die Metallkontakte weitergeleitet werden, betonen die Wissenschaftler. Die Verluste könnten auf diese Weise um einen Faktor 100 reduziert werden.
„Mit seiner Arbeit hat Dr. Römer einen Grundstein für eine zukunftsweisende Technologie gelegt, die eine weitere deutliche Wirkungsgrad-Steigerung erlaubt und auf existierenden Produktionsplattformen hergestellt werden kann“, erklärt Prof. Dr. Robby Peibst, der die Forschungsarbeiten zu passivierenden Kontakten am ISFH leitet.

Gute Aussichten auf industrielle Anwendung
Die Aussichten auf industrielle Anwendung seien deshalb sehr gut. „Dr. Römer hat in seiner Arbeit die Möglichkeiten des ISFH, des MBE, aber auch des Laboratoriums für Nano- und Quantenengineering an der Leibniz Universität Hannover gut ausgenutzt. Das zeigt, wie fruchtbar die Zusammenarbeit von ISFH und Leibniz Universität ist“, ergänzt Professor Wietler.

Für seine Forschung wurde Dr. Udo Römer gemeinsam mit Dr.-Ing. Frank Feldmann vom Fraunhofer-Institut für Solare Energiesysteme (ISE) in Freiburg mit dem SolarWorld Junior Einstein Award 2016 ausgezeichnet. Dr. Römer forscht seit Kurzem an der University of New South Wales (Australien).

29.09.2016 | Quelle: Leibniz Universität Hannover; Foto: Goslich/ISFH | solarserver.de © EEM Energy & Environment Media GmbH

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