Arnstadt/Emmerthal: Bosch Solar Energy und das Institut für Solarenergieforschung Hameln (ISFH) haben ein gemeinsames Entwicklungsprojekt zu ionenimplantierten IBC-Zellen (interdigitated back junc-tion back contacted cells) erfolgreich abgeschlossen. Das Projekt wurde von Applied Materials unter-stützt, einem Anbieter von Ionenimplantationsanlagen.
IBC-Zellen sind ein attraktives Konzept für eine künftige Solarzellengeneration: Da die Vorderseite der IBC-Zellen nicht metallisiert ist, werden Abschattungsverluste vollständig vermieden. Zudem kann ihre rückseitige Metallisierung vollständig silberfrei ausgebildet werden. Durch Anwendung von neuartigen Modulintegrationstechniken kommen die Vorteile der Zelle voll zur Geltung: eine hohe Zellspannung, sehr hohe Stromdichten und eine angenehme Optik. Mit herkömmlichen Dotierungsmethoden ist die Prozessfolge für IBC-Zellen recht komplex, weil die Herstellung von lokalen Dotiergebieten auf der Rückseite und die vollflächige Dotierung der Vorderseite mehrere Ofenprozesse und einige Maskie-rungsschritte erfordert. Die Ionenimplantation ermöglicht eine deutliche Prozessvereinfachung, weil diese Dotierung per se einseitig ist und der Strukturierungsprozess bereits in situ durch Einbringen von Schattenmasken in den Ionenstrahlgang erfolgt. Darüber hinaus ist nur ein Hochtemperaturschritt erfor-derlich, nämlich das gemeinsame Ausheilen aller Strahlungsschäden. Dank des In-situ-Strukturierungsprozesses und der Einsparung von Prozessschritten bringt die Ionenimplantation einen Durchbruch in Bezug auf die Herstellkosten von IBC-Zellen.
Der Fokus des Kooperationsprogramms zielte auf die Entwicklung von industriell produzierbaren IBC-Zellen, das heißt die Vermeidung reiner Laborprozesse. Zum Beispiel wurde eine industrielle Auf-dampfanlage für die PVD-Beschichtung (physical vapor deposition) verwendet und Laserstrukturierung anstatt Fotolithografie eingesetzt. Einige alternative Prozesse, insbesondere die Passivierung der Im-plantationsgebiete mit Aluminiumoxid, die Isolation nach Evaluation vieler verschiedener Isolations-schichtstapel und die PVD-Metallisierung mittels Sputtertechnologie anstelle des Aufdampfens wurden im parallel laufenden Verbundprojekt „xµ-Zellen – Phase 2“ des Spitzenclusters „Solarvalley Mittel-deutschland“ entwickelt.
Der höchste Zellwirkungsgrad für die pseudoquadratischen, 156×156 mm2 großen Solarzellen auf n-Typ-Czochralski-Wafern von Bosch Solar Energy wurde mit 22,1 Prozent gemessen. Dabei lagen die Leerlaufspannung (Voc) bei 676,2 mV, die Kurzschlussstromdichte (jsc) bei 41,6 mA/cm2 und der Füllfak-tor (FF) bei 78,5 Prozent. Dies entspricht einer Zellleistung von 5,32 Wpeak und damit dem höchsten je gemessenen und veröffentlichten Wert für kristalline Silizium-Solarzellen mit nur einem pn-Übergang. Darüber hinaus zeigt sich weiteres Verbesserungspotenzial bei den Voc- und Füllfaktorwerten.
Die Projektergebnisse haben gezeigt, dass dieses Zellkonzept ein hohes Leistungspotenzial hat und die strukturierte Ionenimplantation eine erfolgversprechende, wirtschaftliche Dotierungstechnik ist.
Weltrekord: 5,32 Wattpeak Zellleistung für großflächige industrielle ionenimplantierte IBC-Zellen
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