Forscher nähern sich theoretischem Solar-Wirkungsgrad

© FotoliaHannover - Forschern ist es gelungen, eine neuartige Silizium-Solarzelle zu entwickeln, die mit einem Wirkungsgrad von über 26 Prozent arbeitet. Das galt bisher als nahezu unerreichbar.

Am Institut für Solarenergieforschung (ISFH) und des Instituts für Materialien und Bauelemente der Elektronik (MBE) der Leibniz Universität Hannover konnte eine neuartige Solarzelle entwickelt werden, die mit einem Wirkungsgrad von 26,1 Prozent deutlich effizienter arbeitet als die bisherigen Solarzellen auf Basis des von in der Industrie üblicherweise verwendeten Bor-dotierten Siliziums.

Maximaler Wirkungsgrad von Silizium-Solarzellen bei 29,5 Prozent
Der maximal mögliche Wirkungsgrad einer Solarzelle aus dem für die Anwendung besonders wichtigen Material Silizium liegt bei 29,5 Prozent. Die praktische Realisierung eines Wirkungsgrades von mehr als 26 Prozent mit Bor-dotiertem Silizium galt bislang als nahezu unerreichbar. Basis der neu entwickelten kristallinen Silizium-Solarzelle ist ein Kontakt, der ebenfalls am ISFH und am MBE entstanden ist. Das Licht trifft auf das Silizium einer Solarzelle, wo positive und negative Ladungsträger erzeugt werden. Damit sie als Strom genutzt werden können, braucht man Kontakte aus Metall, über die die Ladungsträger weitergeleitet werden. An dieser Stelle – beim Übergang vom Metall zum Silizium und umgekehrt – kam es bislang zu hohen Verlusten an Ladungsträgern. Hier setzen die vor einiger Zeit neu entwickelten POLO Kontakte an.

POLO-Kontakte reduzieren Verluste deutlich
POLO steht für „polycrystalline Silicon on Oxide“ und beschreibt die verwendeten Schichten. Um die positiven Ladungsträger auf der einen und die negativen Ladungsträger auf der anderen Seite der Solarzelle zu extrahieren, wurde je eine weitere Schicht Silizium für die POLO Kontakte mit einer anderen Struktur benutzt. Das polykristalline, leitfähige Silizium wurde als dünne Schicht auf einem hauchdünnen Film aus Siliziumoxid aufgetragen. Diese isolierende Zwischenschicht passiviert die Kontakte. Durch Erhitzen auf rd. 1000 Grad Celsius entstehen winzig kleine Poren in der darunterliegenden Passivierung, durch die die Ladungsträger nahezu verlustfrei über die polykristalline Siliziumschicht und die Metallkontakte weitergeleitet werden können. Die Verluste konnten so deutlich reduziert werden. Die sogenannten POLO Kontakte vereinen daher eine effiziente Stromextraktion aus der Solarzelle mit einer exzellenten Passivierung.

Förderung durch das Wirtschaftsministerium
Im aktuellen Forschungsvorhaben 26+ ist es gelungen, die POLO-Kontakte so in eine Solarzelle zu integrieren, dass ein Wirkungsgrad von 26,1 Prozent erreicht wurde. „Durch den Einsatz von Laserverfahren haben wir außerdem den Weg in Richtung industrielle Anwendung geebnet“, erklärt Projektleiter Dr. Felix Haase vom ISFH. Das Forschungsvorhaben 26+ wurde für drei Jahre vom Bundesministerium für Wirtschaft und Energie (BMWI) mit drei Millionen Euro gefördert und läuft noch bis zum 30. Juni 2018.