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Einfache n-Typ Silicium-Solarzellkonzepte mit PERC-Technologie

Laufzeit: Oktober 2010 - September 2013
Auftraggeber / Zuwendungsgeber:
Europäische Union im Rahmen des Seventh Framework Progammes
Kooperationspartner: Universität Konstanz, National Renewable Energy Centre (Narec) UK, École Polythechnique Fédérale de Lausanne, PSE AG, Q-Cells, ENI, Photovoltech, Mechatronik Systemtechnik GmbH
© Fraunhofer ISE

Großflächige, am Fraunhofer ISE hergestellte n-Typ Si-Solarzelle mit rückseitigen Al-Emitterpunkten und beidseitig gedruckten Kontakten.

© Fraunhofer ISE

Schema unserer n-Typ Si-Solarzelle mit rückseitigen Al-Emitterpunkten. Für die Zellfertigung kann die von p-Typ Zellen bekannte PERC-Technologie ohne wesentliche Veränderungen übernommen werden.

Bei der industriellen Herstellung von Solarzellen wird als Ausgangsmaterial derzeit überwiegend p-Typ Silicium verwendet. Zwar hat n-Typ Si die besseren elektrischen Eigenschaften, doch gibt es für p-Typ Si den am stärksten etablierten Technologie-Standard für die Zellfertigung. Die Kombination der bereits verbreiteten Produktionsprozesse mit n-Typ Material ermöglicht neue, vielversprechende Wege für einfach herzustellende hocheffiziente Solarzellen. Anders als bereits im Markt befindliche, nach aufwendigen Verfahren auf n-Typ Si gefertigte Zellstrukturen, eröffnen am Fraunhofer ISE entwickelten Konzepte nun einen kosteneffizienten Einstieg in die Produktion von n-Typ Si-Solarzellen.

Die meisten weltweit verkauften Solarzellen werden aus kristallinem p-Typ Silicium (Si) hergestellt. Dabei wirkt das Material bereits heute bei guten Industriezellen limitierend. Die derzeit höchsten Wirkungsgrade werden mit auf dem qualitativ höherwertigen n-Typ Si gefertigten Zellstrukturen erreicht, wobei jedoch spezielle bzw. aufwendige Verfahren zum Einsatz kommen.

Die am Fraunhofer ISE entwickelten, einfach umsetzbaren Zellkonzepte kombinieren die bewährte Herstellungstechnologie für p-Typ Si-Solarzellen mit n-Typ Si-Material. Entscheidend sind dafür Aluminium (Al)-dotierte p+ Schichten als Emitter auf der Rückseite der Zelle. Diese werden aus siebgedruckten Al-haltigen Metallpasten bei einem kurzen Hochtemperatur-Feuerschritt durch Einlegieren in die Si-Oberfläche erzeugt und bilden in konventionellen p-Typ Zellen das Al-Rückseitenfeld (back surface field, BSF). Der Einsatz Al-legierter Emitter ermöglicht so die Herstellung hocheffizienter n-Typ Zellen auf Basis etablierter Produktionsprozesse.

Überträgt man die von p-Typ Si-Solarzellen bekannte PERC (Passivated Emitter and Rear Cell) -Technologie auf n-Typ Si-Material, so ergibt sich damit eine Zellstruktur, die viele kleine lokale Al-Emitterbereiche, die in die passivierte Si-Oberfläche auf der Zellrückseite einlegiert sind, aufweist (Abb. 2). Mit am Fraunhofer ISE weiterentwickelten Al-Pasten konnten die strukturellen und elektrischen Eigenschaften dieser punkt- oder linienförmigen Emitter deutlich verbessert werden. Als Ergebnis erreichen unsere ersten auf diese Weise gefertigten großflächigen (144 cm2) n-Typ Zellen (Abb. 1) bereits einen Spitzen-Wirkungsgrad von 19,7 %.