Erstmals ist es deutschen Forschern gelungen, multikristalline Solarzellen mit einem Wirkungsgrad von mehr als 20 Prozent zu erzeugen. Bislang wurde diese „Schallgrenze“ nur von den leistungsfähigeren aber erheblich teureren monokristallinen Zellen überschritten.
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55 Prozent aller Solarzellen weltweit sind aus multikristallinem Silicium gefertigt. Im Unterschied zu monokristallinem Silicium ist das multikristalline Material zwar kostengünstiger, weist aber wesentlich mehr Defekte wie Korngrenzen oder Versetzungen auf. Aus diesem Grunde musste sich die Photovoltaik-Szene bislang mit Wirkungsgraden unter 20 Prozent begnügen, während Solarzellen aus monokristallinem Silicium diese Hürde schon vor 20 Jahren genommen haben. Forscher am Freiburger Fraunhofer ISE haben es nun erstmals geschafft, diese Schallgrenze zu durchbrechen.
Oliver Schultz, Physikdoktorand der Arbeitsgruppe für hocheffiziente Silicium-Solarzellen, ist es in zweijähriger Arbeit gelungen, einen Prozess zu entwickeln, der eine teilweise Deaktivierung der problematischen Defekte erlaubt. „Der Trick dabei ist, die Temperaturen im Herstellungsprozess der Solarzelle so zu wählen, dass sich die elektrischen Eigenschaften des multikristallinen Siliciums verbessern und gleichzeitig eine hocheffiziente Solarzellenstruktur aufgebaut wird“, so Oliver Schultz. Er hat somit die für eine hocheffiziente Solarzellenstruktur benötigten hohen Temperaturen mit denen für das Material akzeptablen und im industriellen Fertigungsprozess machbaren Temperaturen in Einklang gebracht.
Eine weitere wichtige Rolle für das Erreichen des Ziels spielt das ebenfalls am Fraunhofer ISE entwickelte und patentierte Verfahren für die Rückseitenkontaktierung der Solarzelle. Bei der so genannten LFC-Technik – LFC steht für Laser-Fired Contacts – handelt es sich um ein kostengünstiges Verfahren, das die ideale Möglichkeit bietet, hohes Wirkungsgradpotenzial mit niedrigen Herstellungskosten zu verbinden. Die bisher notwendigen teuren und langsamen Photolithographieschritte auf der Rückseite entfallen. Das LFC-Verfahren ist bereits heute in die industrielle Fertigung übertragbar. Bei der hocheffizienten Vorderseitenstruktur stehen hierfür noch Entwicklungsschritte an.
„Wir sind besonders stolz darauf, diese auch psychologisch wichtige Schallmauer als erste durchbrochen zu haben“, so Gerhard Willeke, Leiter der Abteilung Solarzellen.
(Fraunhofer-Institut für Solare Energiesysteme ISE, 01.07.2004 – NPO)
