Forscher des Fraunhofer ISE haben mit beidseitig kontaktierten Solarzellen einen Wirkungsgrad von 25,1 Prozent geschafft. Sie haben dazu die Rückseite – anders als bei der PERC-Technologie – ganzflächig kontaktiert. Die Ladungsträger fließen durch ein Tunneloxid ab.
Forscher des Fraunhofer-Instituts für Solare Energiesysteme (ISE) haben mit 25,1 Prozent eine neue Rekordmarke für die Effizienz von beidseitig kontaktierten Siliziumsolarzellen erreicht. Die Rekordzellen waren dabei mit einem Frontkontakt und einem einfachen strukturierungsfreien Rückseitenkontakt versehen. Sie wandeln immerhin gut ein Viertel des einstrahlenden Sonnenlichts in elektrische Energie um.
Potenzial für weitere Effizienzsteigerungen
Das Konzept der ganzflächigen passivierten Rückseitenkontaktierung biete großes Potenzial für weitere Effizienzsteigerungen, versprechen die Forscher. „Bisher wurden zur Steigerung des Wirkungsgrads von Solarzellen immer komplexere Solarzellenstrukturen verwendet“, weiß Martin Hermle, Leiter der Abteilung Hocheffiziente Siliciumsolarzellen am Fraunhofer ISE. „Der große Vorteil an unserem Konzept ist, dass wir durch die Entwicklung einer neuartigen Rückseitenstruktur den Kontakt auf der Solarzellenrückseite ganzflächig und strukturierungsfrei aufbringen können. Im Vergleich mit den momentan verwendeten hocheffizienten Solarzellenstrukturen vereinfachen so wir den Herstellungsprozess und erhöhen dennoch die Effizienz der Solarzellen“, beschreibt Hermle die Vorteile des Konzepts.
Denn mit der ganzflächigen Kontaktierung der Rückseite kehren die Freiburger Forscher nicht etwa in die Vergangenheit der Technologie zurück, als die Rückseiten der Zellen vollständig mit einem Aluminiumkontakt versehen wurde. Sie versuchen, die Schwachstellen der PERC-Technologie zu umgehen. Bei der PERC-Zelle wird nur noch ein kleiner Teil der Rückseite kontaktiert, um die Rekombination der Ladungsträger am Kontakt zu minimieren. Allerdings erfordert diese Kontaktierung weitere Produktionsschritte. Denn die Zellen müssen jetzt nicht nur auf der Vorder- sondern auch auf der Rückseite strukturiert werden. Außerdem wird der Strom über einen längeren Weg aus der Zelle abgeleitet.
Wege der Ladungsträger verkürzt
Die Forscher des Fraunhofer ISE gehen da einen anderen Weg. Sie kontaktieren die Zellrückseite immer noch ganzflächig. Um die Rekombination der Ladungsträger am Kontakt zu verhindern, setzen sie aber ein sogenanntes Tunneloxid ein. Durch diese ultradünne Schicht aus hochdotiertem Silizium können die Elektronen abgeleitet werden. Dadurch kann der Strom verlustfrei aus der Zelle abfließen. Gleichzeitig wird die Rekombination der Ladungsträger verhindert. Außerdem müssen diese jetzt nicht mehr den langen Weg durch die Siliziumbasis bis zum Kontakt nehmen, sondern können auf dem kürzesten Weg dorthin gelangen.
So haben die Freiburger einen Ansatz entwickelt, mit dem sie die Schwachpunkte der PERC-Technologie eliminieren können. „Mit der Technologie des Tunnel Oxide Passivated Contac (TOPCon) haben wir ein zukunftsweisendes Konzept entwickelt, um die Effizienz von Siliziumsolarzellen zu steigern“, erklärt Stefan Glunz, Bereichsleiter Solarzellen – Entwicklung und Charakterisierung am Fraunhofer ISE. „Mit dem jetzt erreichten Wirkungsgrad können wir als erstes Forschungsinstitut mit einer evolutionären Weiterentwicklung der beidseitig kontaktierten Solarzellen die 25-Prozent-Marke überschreiten.“ (Sven Ullrich)