Freiburger Forscher erzielen Solarzellen-Weltrekord

Multikristalline Silicium-Solarzelle mit 20,3 Prozent Wirkungsgrad

Heute sind 55% aller Solarzellen weltweit aus multikristallinem Silicium gefertigt. Im Unterschied zu monokristallinem Silicium, dessen Marktanteil bei knapp 35% liegt, ist das multikristalline Material zwar kostengünstiger, weist aber wesentlich mehr Defekte wie Korngrenzen oder Versetzungen auf. Aus diesem Grunde musste sich die Photovoltaik-Szene bislang mit Wirkungsgraden unter 20% begnügen, während Solarzellen aus monokristallinem Silicium diese Hürde schon vor 20 Jahren genommen haben. Forscher am Freiburger Fraunhofer ISE haben es nun erstmals geschafft, diese Schallgrenze zu durchbrechen.

Oliver Schultz, Physikdoktorand in der von Stefan Glunz geleiteten Gruppe für hocheffiziente Silicium-Solarzellen, ist es in zweijähriger Arbeit gelungen, einen Prozess zu entwickeln, der eine teilweise »Deaktivierung« der problematischen Defekte erlaubt. »Der Trick dabei ist, die Temperaturen im Herstellungsprozess der Solarzelle so zu wählen, dass sich die elektrischen Eigenschaften des multikristallinen Siliciums verbessern und gleichzeitig eine hocheffiziente Solarzellenstruktur aufgebaut wird«, so Oliver Schultz. Er hat somit die für eine hocheffiziente Solarzellenstruktur benötigten hohen Temperaturen mit denen für das Material »akzeptablen« und im industriellen Fertigungsprozess machbaren Temperaturen in Einklang gebracht.

Eine weitere wichtige Rolle für das Erreichen des Ziels spielt das ebenfalls am Fraunhofer ISE entwickelte und patentierte Verfahren für die Rückseitenkontaktierung der Solarzelle. Bei der so genannten LFC-Technik – LFC steht für Laser-Fired Contacts – handelt es sich um ein kostengünstiges Verfah- ren, das die ideale Möglichkeit bietet, hohes Wirkungsgrad-potenzial mit niedrigen Herstellungskosten zu verbinden. Die bisher notwendigen teuren und langsamen Photolithographieschritte auf der Rückseite entfallen. Das LFC-Verfahren ist bereits heute in die industrielle Fertigung übertragbar. Bei der hocheffizienten Vorderseitenstruktur stehen hierfür noch Entwicklungsschritte an.

»Wir sind besonders stolz darauf, diese auch psychologisch wichtige Schallmauer als erste durchbrochen zu haben«, so Gerhard Willeke, Leiter der Abteilung Solarzellen.