Forum für Wissenschaft, Industrie und Wirtschaft

Hauptsponsoren:     3M 
Datenbankrecherche:

 

Multikristalline Siliciumsolarzelle mit 21,9 % Wirkungsgrad – Weltrekord zurück am Fraunhofer ISE

20.02.2017

Das Potenzial der Photovoltaik (PV) ist noch nicht ausgeschöpft, Industrie und Forschung arbeiten intensiv an der weiteren Effizienzsteigerung und Kosten-reduktion für Solarzellen, dem Herzstück von PV-Kraftwerken. Für multikristallines Silicium, das Arbeitspferd der Solarzellenindustrie, haben die Forscher am Fraunhofer ISE jetzt einen Wirkungsgrad von 21,9 Prozent erreicht und damit den Weltrekord wieder nach Freiburg geholt.

Höhere Wirkungsgrade und optimierte Prozessschritte sind entscheidend, um den Preis für Solarstrom noch weiter zu senken. An beiden Stellschrauben arbeitet das Fraunhofer-Institut für Solare Energiesysteme ISE. Beim Wirkungsgrad verzeichnen die Freiburger Forscher jetzt einen neuen Weltrekord. Eine multikristalline Siliciumsolarzelle wandelt 21,9 Prozent des Sonnenlichts in elektrische Energie um.


Die multikristalline Weltrekordsolarzelle aus n-Typ HPM Siliciummaterial hat eine Fläche von 2 cm x 2 cm.

©Fraunhofer ISE

Damit hält das Fraunhofer ISE erneut den Weltrekord für multikristalline Siliciumsolarzellen, den es bereits von 2004 bis 2015 innehatte. Die Solarzelle besteht aus n-Typ High Performance (HP) multikristallinem Silicium, das eine im Vergleich zu p-Typ höhere Toleranz gegenüber wichtigen Verunreinigungen, insbesondere Eisen, hat.

In der industriellen Fertigung wird heute multikristallines p-Typ Siliciummaterial eingesetzt und die durchschnittlichen Wirkungsgrade liegen bei 19 Prozent. Der vom Fraunhofer ISE eingeschlagene neue Material- und Technologieansatz hat das Potenzial den Wirkungsgrad für multikristallines Silicium in naher Zukunft auch noch weiter zu verbessern.

Vom Material bis zur Zelltechnologie

»Wir freuen uns sehr über dieses herausragende Ergebnis, das ganz wesentlich darauf beruht, dass wir die gesamte Wertschöpfungskette der Silicium-Photovoltaik am Fraunhofer ISE bearbeiten«, sagt Institutsleiter Dr. Andreas Bett. »Aus der gesamten Palette von der Kristallisation des Siliciums bis hin zur Qualitätssicherung von PV-Kraftwerken waren bei der aktuellen Weltrekordsolarzelle die Stufen Materialentwicklung, Charakterisierung und Zelltechnologie beteiligt.«

Die Forschergruppen am Fraunhofer ISE standen im intensiven Austausch, um das Material und den Zellprozess in Abstimmung zu optimieren. Dr. Stephan Riepe, Leiter der Gruppe Silicium - Kristallisation und Epitaxie, erläutert dies so: »In unserem Silicon Material Technology Center SIMTEC war das Ziel, den Kristallisationsprozess für diese Materialklasse so zu entwickeln, dass das Material im Hinblick auf den vorgesehenen Solarzellenprozess optimiert ist. Dies geschah im steten Austausch mit den Kollegen, bis wir gemeinsam das Ziel Weltrekordwirkungsgrad erreicht hatten.«

Dort bleiben die Fraunhofer Forscher aber nicht stehen, die Arbeiten gehen weiter. Das Projekt »multiTOP«, in dessen Rahmen das Rekordergebnis erzielt wurde, läuft noch bis März nächsten Jahres. Geleitet wird es von Dr. Jan Benick, der am Fraunhofer ISE das Team Innovative Reinraumtechnologien für hocheffiziente Siliciumsolarzellen verantwortet. Er blickt in die Zukunft: »Unser Ziel ist es, für die multikristallinen n-Typ Wafer eine weiterführende Zelltechnologie zu entwickeln, die das Potenzial dieses Materials aufzeigt. Die Frage ist, wie weit sich die Effizienzlücke zu monokristallinem Material schließen lässt.«

Einen entscheidenden Link zwischen Material- und Zelltechnologieforschern stellen die Kollegen von der Solarzellencharakterisierung dar. Dr. Martin Schubert, Abteilungsleiter Charakterisierung und Simulation, nimmt dabei quasi die Rolle des Navigators ein: »Mit unseren Charakterisierungsarbeiten konnten wir den Kollegen auf der Materialseite helfen, dieses in seiner Qualität zu verbessern und an den Prozess anzupassen und auf der anderen Seite den Solarzellenentwicklern Hinweise geben, wo die wesentlichen Verluste in der aktuellen Zelltechnologie liegen.«

35 Jahre integrierte Solarenergieforschung

Über die Querschnittsarbeit zwischen Material, Charakterisierung und Zelltechnologie hinaus flossen noch weitere Entwicklungen des Fraunhofer ISE in die neue Weltrekordsolarzelle ein. »Für die Rückseitenkontaktierung kam die am Institut entwickelte TOPCon-Technologie zum Einsatz, mit der wir im letzten Jahr den Weltrekord für beidseitig kontaktierte monokristalline Siliciumsolarzellen auf 25,3% verbessern konnten«, freut sich Dr. Martin Hermle, Abteilungsleiter Hocheffiziente Siliciumsolarzellen am Fraunhofer ISE.

Bei TOPCon handelt es sich um einen passivierenden Rückseitenkontakt, der auf der Solarzellenrückseite ganzflächig und strukturierungsfrei aufgebracht wird. Dies vereinfacht den Herstellungsprozess bei gleichzeitiger Erhöhung der Effizienz der Solarzelle. Der neue Weltrekord zeigt, dass die TOPCon Technologie sowohl für mono- als auch für multikristallines Silicium geeignet ist, und somit das Potenzial hat, den gesamten Siliciummarkt zu bedienen. Über 35 Jahre Forschung und Entwicklung an der gesamten Wertschöpfungskette der Photovoltaik machen das Fraunhofer ISE zu einer der international führenden Forschungseinrichtungen für Solarzellen.

Das Projekt »multiTOP« wird vom Bundesministerium für Wirtschaft und Energie BMWi gefördert.

Weitere Informationen:

https://www.ise.fraunhofer.de

Karin Schneider | Fraunhofer-Institut für Solare Energiesysteme ISE

Weitere Nachrichten aus der Kategorie Energie und Elektrotechnik:

nachricht Digitale Messtaster von WayCon – höchst präzise und vielseitig einsetzbar
14.11.2017 | WayCon Positionsmesstechnik GmbH

nachricht FAU-Forscher entwickeln neues Materialsystem für effiziente und langlebige Solarzellen
10.11.2017 | Friedrich-Alexander-Universität Erlangen-Nürnberg

Alle Nachrichten aus der Kategorie: Energie und Elektrotechnik >>>

Die aktuellsten Pressemeldungen zum Suchbegriff Innovation >>>

Die letzten 5 Focus-News des innovations-reports im Überblick:

Im Focus: Ultrakalte chemische Prozesse: Physikern gelingt beispiellose Vermessung auf Quantenniveau

Wissenschaftler um den Ulmer Physikprofessor Johannes Hecker Denschlag haben chemische Prozesse mit einer beispiellosen Auflösung auf Quantenniveau vermessen. Bei ihrer wissenschaftlichen Arbeit kombinierten die Forscher Theorie und Experiment und können so erstmals die Produktzustandsverteilung über alle Quantenzustände hinweg - unmittelbar nach der Molekülbildung - nachvollziehen. Die Forscher haben ihre Erkenntnisse in der renommierten Fachzeitschrift "Science" publiziert. Durch die Ergebnisse wird ein tieferes Verständnis zunehmend komplexer chemischer Reaktionen möglich, das zukünftig genutzt werden kann, um Reaktionsprozesse auf Quantenniveau zu steuern.

Einer deutsch-amerikanischen Forschergruppe ist es gelungen, chemische Prozesse mit einer nie dagewesenen Auflösung auf Quantenniveau zu vermessen. Dadurch...

Im Focus: Leoniden 2017: Sternschnuppen im Anflug?

Gemeinsame Pressemitteilung der Vereinigung der Sternfreunde und des Hauses der Astronomie in Heidelberg

Die Sternschnuppen der Leoniden sind in diesem Jahr gut zu beobachten, da kein Mondlicht stört. Experten sagen für die Nächte vom 16. auf den 17. und vom 17....

Im Focus: «Kosmische Schlange» lässt die Struktur von fernen Galaxien erkennen

Die Entstehung von Sternen in fernen Galaxien ist noch weitgehend unerforscht. Astronomen der Universität Genf konnten nun erstmals ein sechs Milliarden Lichtjahre entferntes Sternensystem genauer beobachten – und damit frühere Simulationen der Universität Zürich stützen. Ein spezieller Effekt ermöglicht mehrfach reflektierte Bilder, die sich wie eine Schlange durch den Kosmos ziehen.

Heute wissen Astronomen ziemlich genau, wie sich Sterne in der jüngsten kosmischen Vergangenheit gebildet haben. Aber gelten diese Gesetzmässigkeiten auch für...

Im Focus: A “cosmic snake” reveals the structure of remote galaxies

The formation of stars in distant galaxies is still largely unexplored. For the first time, astron-omers at the University of Geneva have now been able to closely observe a star system six billion light-years away. In doing so, they are confirming earlier simulations made by the University of Zurich. One special effect is made possible by the multiple reflections of images that run through the cosmos like a snake.

Today, astronomers have a pretty accurate idea of how stars were formed in the recent cosmic past. But do these laws also apply to older galaxies? For around a...

Im Focus: Pflanzenvielfalt von Wäldern aus der Luft abbilden

Produktivität und Stabilität von Waldökosystemen hängen stark von der funktionalen Vielfalt der Pflanzengemeinschaften ab. UZH-Forschenden gelang es, die Pflanzenvielfalt von Wäldern durch Fernerkundung mit Flugzeugen in verschiedenen Massstäben zu messen und zu kartieren – von einzelnen Bäumen bis hin zu ganzen Artengemeinschaften. Die neue Methode ebnet den Weg, um zukünftig die globale Pflanzendiversität aus der Luft und aus dem All zu überwachen.

Ökologische Studien zeigen, dass die Pflanzenvielfalt zentral ist für das Funktionieren von Ökosys-temen. Wälder mit einer höheren funktionalen Vielfalt –...

Alle Focus-News des Innovations-reports >>>

Anzeige

Anzeige

IHR
JOB & KARRIERE
SERVICE
im innovations-report
in Kooperation mit academics
Veranstaltungen

Technologievorsprung durch Textiltechnik

17.11.2017 | Veranstaltungen

Roboter für ein gesundes Altern: „European Robotics Week 2017“ an der Frankfurt UAS

17.11.2017 | Veranstaltungen

Börse für Zukunftstechnologien – Leichtbautag Stade bringt Unternehmen branchenübergreifend zusammen

17.11.2017 | Veranstaltungen

 
VideoLinks
B2B-VideoLinks
Weitere VideoLinks >>>
Aktuelle Beiträge

Technologievorsprung durch Textiltechnik

17.11.2017 | Veranstaltungsnachrichten

IHP präsentiert sich auf der productronica 2017

17.11.2017 | Messenachrichten

Roboter schafft den Salto rückwärts

17.11.2017 | Innovative Produkte