Fraunhofer ISE entwickelt neue Photovoltaik-Technologien; n-Typ-Silizium-Solarzellen mit höchsten Wirkungsgraden

Forscher des Fraunhofer-Instituts für Solare Energiesysteme ISE (Freiburg) haben neue Verfahren und Zellkonzepte zur Herstellung von Silizium-Solarzellen mit n-Typ-Basis entwickelt. Damit werden höhere Wirkungsgrade und Photovoltaikerträge auch für kommerzielle Solarzellen möglich, berichtet das ISE in einer Pressemitteilung. Der Prototyp habe einen Wirkungsgrad über 23 % erreicht. „Die meisten kommerziellen Silizium-Solarzellen haben heutzutage eine p-Typ-Basis“, beschreibt Gruppenleiter Dr. Martin Hermle vom Fraunhofer ISE den Unterschied zum Stand der Technik. „Doch das für die am ISE entwickelten neuartigen Solarzellstrukturen verwendete n-Typ-Silizium hat für die photovoltaische Stromgewinnung günstigere Eigenschaften wie eine hohe Toleranz gegenüber den meisten Verunreinigungen.
Für die Praxis bedeutet das entweder eine höhere Effizienz oder geringere Herstellungskosten, da man mit preisgünstigem Silicium arbeiten kann“. Hinzu komme, dass vor allem p-Type-Czochralski (Cz) Silizium unter der lichtinduzierten Degradation leide, ein Effekt, der bei der Verwendung von n-Typ-Silicium nicht auftrete.

Aluminiumoxid als Vorderseitenpassivierung
Silizium-Solarzellen bestehen aus zwei unterschiedlich dicken Bereichen, die sich in der Leitfähigkeit unterscheiden: n steht für negativ, p für positiv. Der dickere Bereich, das Trägermaterial (Substrat), wird als Basis bezeichnet und gibt der Zelle den Namen, zum Beispiel p-Typ bei herkömmlichen Solarzellen. Sie haben eine p-leitende Basis und eine dünne n-leitende Schicht, den Ladungsträger sammelnden Emitter. Bei n-Typ Solarzellen ist der Emitter also p-dotiert, was entweder durch eine Bor-Diffusion oder eine Einlegierung von Aluminium erreicht werden kann. Schon seit geraumer Zeit wird mit n-Typ-Silizium als Basismaterial experimentiert. Doch die Fertigungstechnik war bisher sehr aufwändig. Das Hauptproblem z. B. für die Umsetzung von n-Typ Solarzellen bei denen sich der Emitter auf der dem Licht zugewandten Seite befindet, war bisher die Passivierung dieses meist Bor-dotierten Emitters. Mit konventionellen Schichten wie Siliziumoxid (SiO2) oder Siliziumnitrid (SiNx) ist eine optimale Passivierung solcher Oberflächen nicht zu erreichen. Durch die Verwendung von Aluminiumoxid (Al2O3) als Vorderseitenpassivierung wurde dieses Problem in Zusammenarbeit mit der Technischen Universität Eindhoven gelöst.

23,4 % Wirkungsgrad auf 2 x 2 Quadratzentimetern
Jan Benick, Doktorand in der Gruppe für hocheffiziente Silizium-Solarzellen, ist es gelungen, mit einem speziell für die n-Typ-Zelle entwickelten Hocheffizienz Zellprozess, der die Bor-Diffusion zur Emitterherstellung nutzt, 23,4 % Wirkungsgrad auf 2 x 2 cm² zu erreichen. Das ist der höchste Wirkungsgrad, der bisher für diesen Zelltyp erreicht wurde. Mit deutlich einfacheren, industrienahen Prozessschritten und der Verwendung eines Siebdruck-Prozesses zur Erzeugung des einlegierten Aluminium-Emitters, gelang es Christian Schmiga, Projektleiter in der Gruppe für hocheffiziente Silizium-Solarzellen, bereits 18,2 % Wirkungsgrad auf 12.5 x 12.5 cm² zu erreichen. Am Fraunhofer ISE wird nun konsequent an der Weiterentwicklung der Prozesstechnologie für n-Typ Solarzellen gearbeitet, damit eine industriell umsetzbare Silizium-Solarzelle mit Wirkungsgraden über 20% rasch realisiert werden kann.

22.09.2009 | Quelle: Fraunhofer ISE | solarserver.de © EEM Energy & Environment Media GmbH