ISE: Technologiewandel bei Solarzellen
Ein Laser-basierter Fertigungsprozess des Fraunhofer ISE in Freiburg revolutioniert den Photovoltaik-Markt. Erstmals können punktkontaktierte Solarzellen in Serie hergestellt werden. Mehrere Millionen Zellen mit deutlich höherem Wirkungsgrad sind bereits auf dem Markt – so eine Pressemitteilung der Fraunhofer Gemeinschaft.
Photovoltaik und Windenergie sind die tragenden Säulen der Energiewende, die als eine der größten gesellschaftlichen Herausforderungen der kommenden Jahrzehnte gilt. „Die gesamte elektrische Energie, die jährlich durch Photovoltaik bereitgestellt wird, beträgt mehr als 250 Terawattstunden. Das entspricht etwa dem Ertrag von 30 Atomkraftwerken. Um mitzuhelfen die internationalen Klimaziele zu erreichen, muss die jährlich neu installierte Photovoltaikleistung in den nächsten 15 Jahren verzehnfacht werden. Insgesamt muss Solar-Technologie also immer effizienter und kostengünstiger werden, um diesen Markt gut bedienen zu können“, erklärt Ralf Preu, Bereichsleiter Photovoltaik-Produktionstechnologie und Qualitätssicherung am Fraunhofer-Institut für Solare Energiesysteme ISE in Freiburg. Mit der Entwicklung der Laser Fired Contact (LFC)-Technologie haben der Forscher und sein Kollege Dr. Jan Nekarda bereits einen Beitrag zum Klimaschutz geleistet. Effizientere Solarzellen können damit kostengünstig hergestellt werden.
Solarzellen werden heute in der Regel mit einem flächigen metallischen Kontakt versehen, damit Strom aus der Zelle in die Elektrode fließen kann. Der Kontakt bedeckt dabei die gesamte Rückseite eines Siliziumwafers. Dies limitiert jedoch den Wirkungsgrad. Als leistungsfähigere Alternative ist seit 1989 die Passivated Emitter and Rear Cell-Technologie, kurz PERC, bekannt (siehe solarify.eu/perc-solarzellen). Sie enthält im Vergleich zu konventionellen Zellen eine zusätzliche spiegelnde Schicht auf der Rückseite und Tausende elektrischer Kontaktstellen. Durch die Entwicklung des LFC-Prozesses ermöglichten die Fraunhofer-Forscher die erste industrielle Massenproduktion der PERC-Solarzelle.
Effizientere Solarzellen in Serie herstellen
Auf der Unterseite einer PERC-Solarzelle wird zwischen Kontaktschicht und Wafer eine sehr dünne nicht-leitende Schicht abgeschieden. Diese dient als Spiegel und reflektiert den Anteil des Sonnenlichts, der beim Durchdringen des Wafers nicht absorbiert wurde, in die Siliziumscheibe zurück. Da auch die Vorderseite das Licht zurückwirft, wird es im Siliziumwafer gefangen und der Wirkungsgrad der Solarzelle steigt. Um den Strom aus dem Wafer ableiten zu können, sind viele kleine Öffnungen in der nicht-leitenden Schicht notwendig, durch welche ein Kontakt zwischen Elektrodenmetall und Siliziumwafer entsteht. Beim LFC-Verfahren wird jeder dieser etwa 100 000 Kontakte durch einen einzelnen Laserpuls erzeugt. „Die Schwierigkeit bestand darin, die Pulse so abzustimmen, dass einerseits der Kontakt vollständig ausgebildet ist, das Silizium aber nur minimal beeinträchtigt wird. Entscheidend dafür ist, dass das Laserlicht nur zwischen 50 und 2000 Nanosekunden einwirkt“, erklärt Jan Nekarda, Gruppenleiter am ISE. Durch ein neuartiges System die Laserstrahlen zu führen, können alle Kontakte in etwa einer Sekunde hergestellt werden.
Folgt: Sieben Prozent mehr Energieertrag