Der chinesische Zell- und Modulhersteller Longi hat eine Heterojunction-Rückkontakt-Solarzelle entwickelt, bei der ein lasergestütztes Kontaktoptimierungsverfahren zum Einsatz kommt. Das Verfahren soll im Vergleich zu herkömmlichen Technologien wie PERC und Topcon nur ein Drittel der Gesamtbearbeitungszeit in Anspruch nehmen.
Das Design des Bauelements haben die Experten in der wissenschaftlichen Arbeit „Silicon heterojunction back-contact solar cells by laser patterning“ vorgestellt, die kürzlich in der Zeitschrift Nature veröffentlicht wurde. „Diese Zelle kann in allen siliziumbasierten Photovoltaik-Anwendungsszenarien eingesetzt werden“, erklärt Chaowei Xue, Abteilungsleiter bei Longi Solar, gegenüber pv magazine.
Xue weist darauf hin, dass die Technologie auf dichten passivierenden Kontakten basiert, die im Vergleich zu den üblichen Kontakten in Rückkontakt-Zellen weniger Wasserstoff enthalten. Dies verringere die parasitäre Lichtabsorption. Zudem werde die Passivierung verbessert.
Dazu haben die Forscher die drei Laserstrukturierungsschritte P1, P2 und P3 verwendet, um die interdigitale n/p-Polarität durch selektives Entfernen von N-Kontakt-, P-Kontakt- bzw. Indium-Zinn-Oxid-Schichten (ITO) herzustellen. Die Schritte P1 und P3 zielen darauf ab, die Rückkontaktschichten benachbarter Zellen zu isolieren, und der Schritt P2 schafft einen elektrischen Pfad zwischen dem Rückkontakt einer Zelle und dem Frontkontakt einer benachbarten Zelle. Insbesondere der P3-Schritt ist häufig eine Quelle unerwünschter Effekte wie Delaminierung der Rückseitenkontakte, Abblättern oder schlechte elektrische Isolierung aufgrund verbleibender Rückstände.
„Der Top-Hat-förmige Laserstrahl wurde in zwei Modi betrieben“, erklärte die Forschergruppe. „Der Überlappungsmodus, der in P1 und P3 verwendet wurde, entfernte eine Schicht vollständig, während der Einzelschussmodus, der in P2 verwendet wurde, die Region zwischen den aufeinanderfolgenden Schüssen konservierte. Der Single-Shot-Modus erzeugte einen partiellen statt eines vollflächigen Kontakts zwischen dem amorphen, hydrierten Siliziumfilm und der ITO-Schicht“.
Hoher Wirkungsgrad auch mit Zelle mit geringerem Indiumgehalt
Das Forscherteam baute die 243 Quadratzentimeter große Zelle mit einem M6-Phosphor-dotierten einkristallinen Czochralski-Siliziumwafer vom n-Typ. Die dichten passivierenden Kontakte wurden mittels plasmaunterstützter chemischer Gasphasenabscheidung (PECVD) bei 240 Grad Celsius abgeschieden. Ein gepulster grüner Pikosekundenlaser mit einem Spot von 250 Mikrometern wurde zum Abtragen der Schichten verwendet.
Bei Tests unter Standard-Einstrahlungsbedingungen erreichte die vom Team entworfene Champion-Zelle eine Energieumwandlungseffizienz von 27,3 Prozent.
Darüber hinaus stellten die Wissenschaftler eine Zelle mit einem geringeren Indiumgehalt her, die einen Wirkungsgrad von 26,5 Prozent erreichte. „Wir haben auch einen Wirkungsgrad von 26,2 Prozent für HBC-Solarzellen nachgewiesen, die mit siebgedruckter Niedertemperatur-Kupferpaste metallisiert wurden“, erklärten die Forscher. Sie fügten hinzu, dass die vorgeschlagene Herstellungstechnik die Verwendung von seltenem Indium und kostbarem Silber von der Hetero-Junktion-Technologie der Zelle entkoppeln soll. PERC und Topcon seien aufgrund ihrer Silberkontakte nur begrenzt Skalierbare.
Longi hat nicht angegeben, ob die Ergebnisse von einer unabhängigen Stelle bestätigt wurden.
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