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Forscherteam steigert PV-Modulleistung auf 318 Watt

©Solarstromforschung.de/Fraunhofer ISE©Solarstromforschung.de/Fraunhofer ISEBerlin - Ein Konsortium hat den Wirkungsgrad monokristalliner Silizium-Solarzellen auf über 22 Prozent gesteigert. Das ermöglicht nicht nur neue und leistungsstärkere Solarmodule.

Im Rahmen des 6. Energieforschungsprogramms der Bundesregierung und des Förderprogramms Photonik Forschung Deutschland werden wegweisende Photovoltaik-Projekte gefördert. Forscher haben nun die Leistung eines Photovoltaik-Moduls mit 120 Halbzellen auf 318 Watt steigern können.

Projektziel von 20 Prozent Wirkungsgrad schon erreicht
Zu Beginn des dreijährigen Projekts hatte sich das Forschungskonsortium vorgenommen, auf multikristallinem Silizium die 20-Prozent-Marke zu erreichen und ein „300 Watt“-Modul herzustellen. Beide Ziele wurden während der Projektlaufzeit aufgrund der wachsenden Bedeutung monokristallinen Siliziums auf diesem Material fortgeschrieben und nun erreicht. Ein bedeutender Hebel für die Forscher war der Siebdruckprozess für die Vorderseitenkontaktierung, der signifikant verbessert wurde. Dazu wurden die Metallisierungspasten hinsichtlich der Kontaktierung untersucht und weiterentwickelt. Im Ergebnis gewährleisten die neuen Strukturen eine hohe Leitfähigkeit, senken die Abschattungsverluste und führen aufgrund des reduzierten Silberverbrauchs zu erheblichen Kosteneinsparungen.

Substanzielle Kostenreduktion durch neues Anlagenkonzept
Die Forscher verbesserten die bei PERC-Zellen vorhandene Vorder- und Rückseitenpassivierung und konnten zugleich durch die Entwicklung eines neuen Anlagenkonzepts die Kosten substanziell senken. Auch bei der rückseitigen Laseröffnung wurde ein neues Anlagenkonzept für einen Produktionsdurchsatz von mehr als 5.000 Wafern pro Stunde entwickelt und aufgebaut. Ebenso wurde im Labor ein um den Faktor 10 beschleunigter Laserprozess demonstriert sowie ein Schnelltest für die Charakterisierung der lokalen Rückseitenkontakte entwickelt. Beim Modulbau gingen die Forscher neue Wege und untersuchten das Potenzial von Teilzellen verschiedener Größe in Abhängigkeit der Verschaltungstechnologie. Aus diesen detaillierten Voruntersuchungen resultierte das am Projektende hergestellte Halbzellenmodul.

Synergien durch Projektpartner
Der Herstellungsprozess wurde auf der Grundlage des neuen Verständnisses der Stromflussmuster innerhalb der Zellmetallisierung optimiert. Durch den Wechsel von 3- zu 5-Busbar-Technologie und die Verwendung ausgewählter Aluminium-Rückseitenpasten konnte der Leistungsverlust in Bezug auf die Rückseitenmetallisierung gegenüber dem Projektbeginn um 50 Prozent gesenkt werden. „Insgesamt war das Projekt ein voller Erfolg“, freut sich Projektkoordinator Dr. Jan-Frederik Nekarda. „Wir konnten die Herstellung von PERC-Zellen und den darauf basierenden Modulen durch das Forschungsprojekt umfangreich verbessern“. Die intensive Zusammenarbeit von Industriepartnern und Forschungseinrichtung führte neben der Optimierung der Einzelprozesse zu einem verbesserten Zusammenspiel der einzelnen Technologien, was in einer deutlich verbesserten Haltbarkeit der Module und folglich in einem höheren Ertrag und deutlich reduzierten Stromgestehungskosten resultiert.

© IWR, 2018


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07.05.2018