Den WissenschaftlerInnen ist es gelungen, eine neuartige Solarzelle zu entwickeln, 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. Diese Entwicklung könnte dabei helfen, auf lange Sicht die Kosten für die Erzeugung von Strom mittels Photovoltaik zu senken.
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 nahezu unerreichbar. Basis der neu entwickelten kristallinen
Silizium-Solarzelle ist ein Kontakt, der ebenfalls am ISFH und am MBE
entstanden ist. Eine Solarzelle besteht im Wesentlichen aus reinem
Silizium, dort wird Licht eingefangen, das positive und negative
Ladungsträger erzeugt. Damit sie als Strom genutzt werden können, müssen
die verschiedenen Ladungsträger über unterschiedlich behandelte
Bereiche des Siliziums abgeführt werden. Dazu 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, sogenannten POLO Kontakte an.
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 benutzt, allerdings eine mit einer anderen Struktur als im Inneren der Zelle. Das polykristalline, leitfähige Silizium wurde als dünne Schicht auf einem hauchdünnen Film aus Siliziumoxid aufgetragen. Diese isolierende Zwischenschicht passiviert die Kontakte.
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 benutzt, allerdings eine mit einer anderen Struktur als im Inneren der Zelle. Das polykristalline, leitfähige Silizium wurde als dünne Schicht auf einem hauchdünnen Film aus Siliziumoxid aufgetragen. Diese isolierende Zwischenschicht passiviert die Kontakte.
Durch Erhitzen auf Temperaturen um die 1.000 Grad Celsius entstehen winzig kleine Poren in der darunterliegenden Passivierung. Der Durchmesser der Poren liegt im Nanometerbereich. Durch sie können nun die Ladungsträger nahezu verlustfrei über die polykristalline Siliziumschicht und die Metallkontakte weitergeleitet werden. Die Verluste konnten so deutlich reduziert werden. Die sogenannten POLO Kontakte vereinen daher eine effiziente Stromextraktion aus der Solarzelle mit einer exzellenten Passivierung.
Im aktuellen Forschungsvorhaben 26+ ist es nun 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 Ergebnis zeigt, dass die Photovoltaik-Forschung in Deutschland nach wie vor zur Weltspitze gehört und wesentliche Beiträge zur Reduktion der Strom-Erzeugungskosten und für die Erschließung neuer Anwendungsfelder für die Photovoltaik leisten kann“, sagt Prof. Dr. Robby Peibst, der am ISFH die Arbeitsgruppe leitet und am MBE eine Juniorprofessur innehat.
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