Auf dem Weg zu effizienteren Solarzellen
Mitglieder der TOPSICLE-Forschungsgruppe stellten ein Zeitplan auf, um die Produktion in industriellem Maßstab von 20% effizienten mc-Si-Photovoltaik-Modulen (mc-Si-PV-Modulen) zu erleichtern. Im Zeitplan wurden zwei unterschiedliche Zellkonzepte angeführt: die Siebdruckzelle und die sogenannte Buried-Contact-Zelle (Solarzelle mit verborgenen Kontakten). Von Projektpartnern der Universität Konstanz in Deutschland wurde eine genaue Verlustanalyse durchgeführt und 17,6%- und 18,1%-mc-Si-Effizienz-Zellen verglichen. Das Wirkungsgradpotenzial der Zellen wurde durch PC1D-Modellierung mit dem Ziel bewertet, in Zukunft großflächige mc-Si-Solarzellen mit 20%igem Wirkungsgrad zu erreichen. Wie die Verlustanalyse für die Solarzellen mit einem Wirkungsgrad von 18,1% ergab, konnten bedeutende Verbesserungen durch das Ersetzen des ganzflächigen Aluminiumrückseitenfelds durch ein lokales Rückkontaktschema erzielt werden. Diese Änderung gewährleistete eine niedrige Rückseiten-Rekombinationsgeschwindigkeit und einen hohen optische Reflexionsgrad für die Rückseite. Eine zusätzliche dünne thermische Siliziumoxid-Schicht wurde unter der Siliziumnitrid-Antireflexbeschichtung aufgebracht, um die Vorderseiten-Rekombinationsgeschwindigkeit zu verringern. Ein wichtiger Parameter bei der Leistungsbestimmung einer Solarzelle ist der Füllfaktor. Das Hinzufügen der Siliziumoxidschicht ergab einen Füllfaktor von 77% für die Zelle mit einem Wirkungsgrad von 18,1%. Zuvor wurde ein Füllfaktor von 78% durch Nutzung eines ähnlichen Beschichtungsverfahrens erreicht. Also kann ein Füllfaktor von 79% für die nahe Zukunft als realistisch eingeschätzt werden. Eine weitere Verbesserung zu hohem Wirkungsgrad kann durch Verwendung von Null-Schattenverlust-Zelldesign erfolgen. Diese Technik hat das winklige Buried-Contact-Konzept zur Grundlage. Die erfolgreiche Anwendung aller im Zeitplan angegebenen Verbesserungen könnte eine Stromdichte von 39,6mA/cm2 und eine Leerlaufspannung von 642,9mV ergeben. Das würde die Entwicklung von mc-Si-Solarzellen mit einem Wirkungsgrad von 20,1% ermöglichen.
