Wettbewerbschance für Photovoltaik-Branche

Schon heute ist der Photovoltaik-Strom in Deutschland mit 8 bis 10 Cent pro Kilowattstunde günstiger als Strom aus Gas- oder Steinkohlekraftwerken. Noch preiswerter wird es, wenn man höchst effiziente Solarzellen mit Hilfe von Lasertechniken herstellt.

Wissenschaftlerinnen und Wissenschaftlern des Institut für Photovoltaik (ipv) der Universität Stuttgart gelang es vor gut einem Jahr, laserdotierte Rückseitenkontakt-Solarzellen aus kristallinem Silizium mit nahezu 22 Prozent Wirkungsgrad herzustellen – ein Weltrekord.

Bisher lässt sich ein so hoher Effizienzwert jedoch nur auf einer kleinen Fläche von 20 mm x 20 mm realisieren. Im einem neuen, vom Bundesministerium für Wirtschaft und Energie geförderten Forschungsprojekt wird das ipv solche Solarzellen nun auf einer industrierelevanten Fläche von 125 mm x 125 mm herstellen und damit für die Massenproduktion tauglich machen.

Standard Siliziumsolarzellen besitzen auf den Vorderseiten Kontaktfinger aus Silber, die Teile der Zellen abschatten. Dadurch gelangt an diesen Stellen keine Strahlung in die Zelle und es können folglich auch keine Elektronen generiert werden, was die Effizienz der Zelle erheblich vermindert.

Eine weitaus höhere Ausbeute ermöglichen so genannte „Rückseitenkontakt“-Solarzellen, bei denen, wie der Name sagt, alle Kontakte auf der Rückseite liegen. Die Vorderseite dagegen bleibt frei und steht ungehindert für die Energieproduktion zur Verfügung. Dieser Solarzellentyp erfordert aber eine sehr feine Strukturierung der Dotierungen und Kontaktierungen auf der Rückseite.

In Standard-Siliziumsolarzellen erzeugen unterschiedlich dotierte Bereiche, großflächig hergestellt, ein elektrisches Feld, den sogenannten pn-Übergang. Üblicherweise diffundieren dazu bei hohen Temperaturen Fremdatome, wie Bor und Phosphor, in Silizium ein. Rückseitenkontakt-Solarzellen benötigen viele „pn-Übergänge“ auf der Rückseite. Zur Fertigung dieser feinen Strukturen sind für gewöhnlich aufwendige und teure Maskierschritte notwendig.

Zur Lösung dieses Problems entwickelten die Forscher am ipv einen Laserprozess, mit dem es gelingt, Rückseitenkontaktzellen ohne jegliche Maskierungsschritte herzustellen. Der Laser ermöglicht die Herstellung verschiedenster Dotierungen mit einer Auflösung unter drei hundertstel Millimeter.

Hierdurch entfallen Prozessschritte, die bisher bei der industriellen Produktion solcher Zellen nötig sind. Das Projekt mit dem Kurztitel RückSi-Skal wird zeigen, dass sich der Zellprozess relativ rasch in die Produktion umsetzen lässt.

Das Vorhaben wird dazu beitragen, die Photovoltaik (PV)-Industrie in Deutschland neu aufzustellen. Großflächige Solarmodule mit Wirkungsgraden über 20 Prozent lassen sich dann zu Produktionskosten unter 50 Cent/Watt peak (Wp) herstellen.

So wird die Produktion von höchst effizienten Modulen in Deutschland kostengünstiger als die Herstellung von „billigen“ Standard-PV-Modulen in Fernost, die hoch subventioniert, bei niedrigeren Energie- und Lohnkosten sowie unter niedrigen Sozial- und Umweltstandards stattfindet.

Weitere Informationen:
Prof. Dr. Jürgen Werner, Universität Stuttgart, Institut für Photovoltaik, Tel. +49-711-685-67141,
E-Mail: juergen.werner (at) ipv.uni-stuttgart.de
Dr. Renate Zapf-Gottwick, Universität Stuttgart, Institut für Photovoltaik, Tel. +49-711-685-69225,
E-Mail: renate.zapf-gottwick (at) ipv.uni-stuttgart.de
Andrea Mayer-Grenu, Universität Stuttgart, Abt. Hochschulkommunikation, Tel. +49-711-685-82176,
E-Mail: andrea.mayer-grenu (at) hkom.uni-stuttgart.de

Skalierung von neuartigen, laserdotierten, hocheffizienten, rückseitenkontaktierten Solarzellen aus kristallinem Silizium von der Laborgröße 20 x 20 mm2 auf eine industriell relevante Fläche von 125 x 125 mm2 und einem Wirkungsgrad von 22 %