Eine Gruppe von Forschern, angeführt vom Institut für Solarenergieforschung Hameln (ISFH) in Deutschland, hat eine Solarzelle mit neuer Technologie und 24,2 Prozent Wirkungsgrad entwickelt. Bei der Technologie handelt es sich um eine positive n-Typ Polysilizium-auf-Oxid (POLO) rückseitenkontaktierte-Solarzelle mit einer Passivierung auf Basis von Aluminiumoxid (AlOx) und Siliziumnitrid (SiNy).
„Unsere Studie zeigt zum ersten Mal eine effektive industrielle Reinigung und Passivierung der undiffundierten strukturierten Vorderseite mit ausgezeichneter Passivierungsqualität“, sagt Byungsul Min, der Hauptautor der Forschung, gegenüber pv magazine. „Insbesondere wird die Aluminiumoxid-Siliziumnitrid-Passivierungsschicht mit einem industriellen, plasmaunterstützten chemischen Gasphasenabscheidungssystem (plasma enhanced chemical vapor deposition, PECVD) mit einer Niedrigfrequenz-Plasmaquelle hergestellt, was viel kosteneffektiver ist als atomare Schichtabscheidungssysteme (atomic layer deposition, ALD) oder PECVD-Systeme mit einer Hochfrequenz-Plasmaquelle.“
Die Gruppe baute eine 156,75 Millimeter mal 156,75 Millimeter große POLO-Zelle mit einem Gallium-dotierten, Czochralski gezüchteten Siliziumwafer mit einem Widerstand von 0,73 Ohmzentimeter. Mit einem Batch-LF-PECVD-System des deutschen PV-Anlagenherstellers Centrotherm, dessen Forscher ebenfalls am Projekt beteiligt waren, trugen die Forscher die Aluminiumoxidschicht auf den Wafer auf. Das „Wir passen dann das Rezept an, indem wir die Dicke der Siliziumoxidschicht unter der Aluminiumoxidschicht zwischen null und zwei Nanometer, die Dicke der Aluminiumoxidschicht zwischen 5 und 15 Nanometer, sowie den Brechungsindex der Siliziumnitridschicht zwischen 2,05 und 2,4 variieren“, sagt Min.
Sie bauten auch eine Referenzzelle auf der Basis eines strukturierten, Gallium-dotierten, Czochralski gezüchteten Wafers mit einem Widerstand von 0,9 Ohmzentimeter, das mit einer zehn Nanometer dicken Aluminiumoxidschicht und einer Siliziumnitridschicht passiviert wurde. „Nach dem Siebdruck des Aluminiumgitters auf der Vorderseite und des Silbergitters auf der Rückseite wurden die Proben in einem Bandofen bei Spitzentemperaturen zwischen 800 und 810 Grad Celsius gebrannt“, so die Forscher.
Unter Standardbeleuchtungsbedingungen getestet, erreichte die POLO-Zelle einen Wirkungsgrad von 24,2 Prozent, eine Leerlaufspannung von 725 Millivolt, eine Kurzschlussstromdichte von 40,2 Milliampere pro Quadratzentimeter und einen Füllfaktor von 83,0 Prozent. ISFH CalTeC bestätigte die Ergebnisse der Messung. Die Referenzzelle erreichte einen Wirkungsgrad von 24,1 Prozent, eine Leerlaufspannung von 725 Millivolt, eine Kurzschlussdichte von 39,9 Milliampere pro Quadratzentimeter und einen Füllfaktor von 83,2 Prozent.
Die neue Zelltechnologie wurde in dem Artikel „24.2 % efficient POLO back junction solar cell with an AlOx/SiNy dielectric stack from an industrial-scale direct plasma-enhanced chemical vapor deposition system“, vorgestellt, der in dem wissenschaftlichen Journal „Progress in Photovoltaics“ erschien. „Unsere Ergebnisse zeigen einen Weg zur Industrialisierung neuartiger Zellkonzepte ohne Diffusion an der Vorderseite, wie unsere POLO-Rückseitenkontakt-Solarzelle, aber sie sind auch relevant für Mainstream-Konzepte wie TOPCon, das hauptsächlich ALD-Systeme für ihre Aluminiumoxidschicht verwendet.“
„Die Integration dieser Passivierungssequenz in unseren aktuellen Prozessablauf für POLO-rückseitenkontaktierte-Solarzellen wurde erfolgreich demonstriert. POLO-rückseitenkontaktierte-Solarzellen zeigen höhere Zellwirkungsgrade als die Referenzzelle, die mit Labormaßstabprozessen hergestellt wurde“, so das Fazit im Fachartikel der Forschungsgruppe.
Grafik: IFSH
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