Solarzellen mit Rekord-Wirkungsgrad entwickelt
Die Herstellung einer Solarzelle mit einem Wirkungsgrad von mehr als 26 Prozent galt bisher als nahezu unmöglich. Eine neuartige Zellarchitektur mit sogenannten POLO-Kontakten überspringt jetzt erstmals diese Grenze.
Wissenschaftlerinnen und Wissenschaftlern des Hamelner Instituts für Solarenergieforschung (ISFH) und des Instituts für Materialien und Bauelemente der Elektronik (MBE) der Leibniz Universität Hannover haben in einem gemeinsamen Forschungsprojekt „26+“ eine neuartige Solarzelle entwickelt, die einen deutlich höheren Wirkungsgrad erreicht als die bisher verbreitet eingesetzten Solarzellen auf Basis von Bor-dotiertem Silizium.
Diese Neu-Entwicklung könnte zu einer weiteren Senkung der Kosten für die Erzeugung von Solarstrom beitragen. Gleichzeitig sind Solarzellen mit einem solch hohen Wirkungsgrad interessant für Anwendungen, bei denen es auf möglichst geringen Platzbedarf ankommt, wie zum Beispiel bei der Unterstützung der Stromversorgung von Elektrofahrzeugen durch integrierte Solarmodule.
POLO-Kontakte erhöhen den Wirkungsgrad der Solarzellen
Der theoretisch höchstmögliche Wirkungsgrad von Silizium-Solarzellen liegt bei 29,5 %. Die praktische Realisierbarkeit eines Wirkungsgrades von mehr als 26 % galt bei Einsatz von Bor-dotiertem Silizium bislang als nahezu unmöglich.
Basis der neu entwickelten Solarzelle ist ein spezieller Aufbau der Kontaktschicht. Damit die bei Lichteinfall in der Siliziumschicht der Solarzelle erzeugten positiven und negativen Ladungsträger als Strom genutzt werden können, müssen sie über unterschiedlich behandelte Bereiche des Siliziums abgeführt werden. Dazu werden metallische Kontakte verwendet. Doch beim Übergang vom Silizium zum Metall und umgekehrt kam es bisher zu hohen Verlusten an Ladungsträgern. Nicht so bei den sogenannten POLO-Kontakten (POLO = „Polycrystalline Silicon on Oxide“). Hier wird eine weitere Schicht Silizium aufgebracht, allerdings eine mit einer anderen Struktur als im Inneren der Zelle: Das polykristalline, leitfähige Silizium wird als dünne Schicht auf einem hauchdünnen Film aus Siliziumoxid aufgetragen. Diese isolierende Zwischenschicht passiviert die Kontakte.
Durch Erhitzen auf Temperaturen um die 1.000 Grad Celsius entstehen in der passivierenden Siliziumoxid-Schicht winzige Poren im Nanometerbereich, durch die Ladungsträger nahezu verlustfrei an polykristalline Siliziumschicht und die Kontakte weitergeleitet werden. Die sogenannten POLO-Kontakte zeichnen sich durch eine effiziente Stromextraktion aus der Solarzelle ebenso aus wie durch eine besonders gute Passivierung.
Durch den Einsatz von Laserverfahren haben die beteiligten Wissenschaftler bereits den Weg in Richtung eine industrielle Anwendung eingeschlagen.