Photovoltaik Weltrekord SolarzelleBosch Solar Energy (Arnstadt) haben in Kooperation mit dem Institut für Solarenergieforschung Hameln (ISFH) ein Entwicklungsprojekt gestartet, aus welchem die Entwicklung einer ionenimplantierten IBC Solarzelle  (interdigitated back junction back contracted cells) resultierte. Dabei maß Bosch mit einer der fast quadratischen Solarzellen n-Typ-Czochralski Wafern (156 x 156 mm²) einen Wirkungsgrad von 22,1 Prozent.

Die Leerlaufspannung (Voc) lag derweil bei 676,2 mV, der Füllfaktor (FF) bei 78,5 Prozent und die Kurzschlussstromdichte (jsc) bei 41,6 mA/cm². Das kommt einer Leistung von 5,32 Wp (Wattpeak) gleich und somit ist diese Zelle die mit dem bisher höchsten, je veröffentlichten bzw. gemessenen Wert für eine Silizium Solarzelle mit einem einzigen pn-Übergang. Unterstützer des Projektes war Applied Materials (Santa Clara, CA), ein Anbieter von Ionenimplantationsanlagen.

Metallfreie Vorderseite und silberfreie Metallschicht auf der Rückseite der Solarzelle

Durch die nicht metallisierte Vorderseite werden Abschattungsverluste vollständig vermieden. Weiterhin kann die Rückseite bzw. deren Metallisierung komplett ohne Silber hergestellt werden, so die Entwicklungspartner. Die neuen Modulintegrationstechniken bringen somit alle Vorteile zusammen: Sehr hohe Stromdichten, eine hohe Zellspannung und eine schöne Optik. Damit sind IBC Zellen eine interessante Option für die zukünftige Solargeneration.

Das Produktionsverfahren wird durch Ionenimplantation vereinfacht

Die Prozessfolge zur Herstellung von IBC Zellen wäre mit einem normalen Dotierungsverfahren sehr vielschichtig, da es mehrere Maskierungsschritte und viele Ofenprozesse benötigt, um die lokalen Dotiergebiete auf der Rückseite herzustellen bzw. um die Vorderseite vollständig zu dotieren. Die Ionenimplantation vereinfacht das Verfahren deutlich, weil die Dotierung einseitig ist und durch das Einbringen von Schattenmasken in den Ionenstrahlgang den Strukturierungsprozess lokal (in situ) erfolgt.

Die Herstellungskosten sind sehr niedrig

Weiterhin benötigt man nunmehr nur noch einen einzigen Hochtemperaturschritt, indem alle Strahlungsschäden gemeinsam ausheilen. Der In-Situ Strukturierungsprozess und die wenigen Prozessschritte haben einen Durchbruch hinsichtlich der Produktionskosten von IBC-Zellen zur Folge. Das Augenmerk lag dabei auf der Vermeidung von üblichen Laborprozessen, also die vollständige Industrialisierung der Produktion von IBC-Zellen.

Das Solarvalley Mitteldeutschland als Entwicklungsort

Die industrielle Aufdampfanlage für die PVD Beschichtung (physical vapor deposition) und eine Laserstrukturierung anstatt einer Fotolithografie waren hier nur ein paar Beispiele, die die Produktion für eine industrielle Produktion einfacher machen. Viele weitere Prozesse die dazu beitragen, wurden im nebenbei laufenden Verbundprojekt „xμ-Zellen – Phase 2“ des Solarvalley in Mitteldeutschland entwickelt. Darunter wären speziell zu nennen die Passivierung der Implantationsgebiete mit Aluminiumoxid, sowie die PVD-Metallisierung mit Hilfe der Sputtertechnologie, die das Aufdampfen ersetzt, als auch die Isolation nach Evaluation vieler diverser Isolationsschichtstapel.

Es zeigt sich trotz aller Fortschritte noch Verbesserungspotential hinsichtlich der Voc- und FF-Werte. Das hohe Leistungspotential des IBC Zellkonzeptes wurde durch dieses Projekt mehr als deutlich gemacht, gezeigt wurde auch, dass die strukturierte Ionenimplantation eine wirtschaftliche und vor allem erfolgversprechende Dotierungstechnik ist.

Artikel kommentieren

Deine E-Mail-Adresse wird nicht veröffentlicht. Erforderliche Felder sind mit * markiert.