Fraunhofer ISE: Papierdünne Solarzellen mit 20% Wirkungsgrad
Forscher des Freiburger Fraunhofer Instituts für Solare Energiesysteme (ISE) haben eine 37 Mikrometer (µm) dünne, kristalline Silicium-Solarzelle mit einem Wirkungsgrad von 20.2% hergestellt. Mit der Entwicklung zeigen die ISE-Forscher, dass Materialeinsparung und höhere Wirkungsgrade gleichzeitig möglich sind. Diese Anforderungen ergeben sich aus den relativ hohen Kosten für das Ausgangsmaterial kristallines Silicium, aus dem mehr als 90% aller weltweit hergestellten Solarzellen bestehen. Im Vergleich zu den neuen Solarzellen sind heutige Industriezellen mit 300 µm (= 0,3 mm) noch 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 – und wir haben nun auch die Technologie, dieses Potenzial in einer industriellen Fertigung abzurufen “ sagt Gerhard Willeke, Leiter der Abteilung Solarzellen im ISE. Die Freiburger Solarzellenforscher haben einen kostengünstigen Prozess entwickelt, mit dem es möglich ist, Solarzellen mit hohen Wirkungsgraden selbst aus ultradünnen Siliciumscheiben herzustellen. Ganz entscheidend für das erfolgreiche Resultat sei ein am Fraunhofer ISE entwickeltes und patentiertes Verfahren für die Rückseitenkontaktierung der Solarzelle.
Die so genannte LFC-Technik bietet eine ideale Möglichkeit, hohes Wirkungsgradpotenzial mit niedrigen Herstellungskosten zu verbinden. LFC steht für „Laser Fired Contacts „. Die notwendigen teuren und langsamen Photolithographie-Schritte auf der Rückseite entfallen damit. In den herkömmlichen 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 Aluminiumschicht direkt auf die Passivierungsschicht und feuern dann mit einem Laser das Metall durch, um so die lokalen Kontakte herzustellen“, erklärt Stefan Glunz, Koordinator des Marktbereichs Monokristalline Siliciumsolarzellen.
Dieser Prozess sei kostengünstig, Material schonend, äußerst schnell – er dauert nur eine Sekunde pro Solarzelle – und funktioniere unabhängig von Scheibendicke und -dotierung. Das sei genau richtig für eine industrielle Massenfertigung. Einen Nischenmarkt für superdünne Hochleistungszellen gibt es bereits in der Luft- und Raumfahrt. Für den terrestrischen Massenmarkt sei allerdings noch Forschung und Entwicklung in deutlichem Umfang erforderlich, 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.
04.12.2003 Quelle: Fraunhofer ISE