Schnelle Regeneration – Vermeidung lichtinduzierter Degradation in Solarzellen durch schnelle Regeneration

Lichtinduzierte Degradation kann in kristallinen Siliciumsolarzellen zu erheblichen Einbußen in der Leistung von Solarzellen und -modulen führen. Verantwortlich dafür ist in monokristallinem Cz-Si vorrangig die Bildung von rekombinationsaktiven Bor-Sauerstoff Komplexen im Siliciummaterial und die damit einhergehende Verringerung der Ladungsträgerlebensdauer. Eine dauerhafte Deaktivierung dieser Defekte durch sogenannte Regeneration ist seit längerer Zeit bekannt. In den vergangenen Jahren wurde von schnellen Regenerationsprozessen berichtet, die eine Integration von Regeneration in der industriellen Produktion erstmals ermöglichen. Am Fraunhofer ISE wurde ein Regenerationsprozess entwickelt, bei dem innerhalb von Sekunden über 90% der Degradation vermieden werden kann.

Degradation findet durch Ladungsträger, die zum Beispiel durch Beleuchtung injiziert werden, statt. Bei Temperaturen über 65°C wurde allerdings unter Ladungsträgerinjektion eine dauerhafte Deaktivierung der Rekombinationsaktivität des BO-Komplexes beobachtet, die sog. Regeneration. Klassische Regenerationsprozesse benötigen mehrere Stunden, um die Rekombinationsaktivität aller Defekte dauerhaft deaktivieren zu können. Durch Erhöhung der Beleuchtungsintensität war in den vergangenen Jahren allerdings von einer drastische Reduktion der Prozesszeit zur Deaktivierung der Rekombinationsaktivität berichtet worden.

Die am Fraunhofer ISE entwickelte Technologie zur schnellen Regeneration verwendet eine laserbasierte Beleuchtung, die hohe Beleuchtungsintensitäten ermöglicht. Die Prozesszeit für Regenerationsprozesse, die über 90% der Degradation vermeiden, liegt bei wenigen Sekunden. Diese Ergebnisse konnten an Cz-Si Solarzellen unterschiedlicher Hersteller zuverlässig wiederholt werden. Die geringe Prozesszeit erlaubt einen industrietauglichen Durchsatz von mehr als 3600 Solarzellen in der Stunde. Alle für den Prozess verwendeten Komponenten haben eine hohe Technologiereife, so dass eine Integration in eine industrielle Produktionsanlage möglich ist. Seit September 2016 wird im Rahmen des vom Bundesministerium für Wirtschaft und Energie (BMWi) geförderten Projektes »UFO« (Ultra-fast Regeneration) an einer Integration der Technologie in eine Pilotanlage und einem tieferen physikalischen Verständnis der Übergänge zwischen den unterschiedlichen Zuständen des BO Defekts auf sehr kurzen Zeitskalen gearbeitet.