Forschung & Entwicklung

Produktion hocheffizienter Si-Solarzellen

Mit Kontakten aus polykristallinem Silizium anstatt Metallen ließ sich bereits ein Rekordwirkungsgrad erzielen. Nun soll der aufwendige Herstellungsprozess industriell umgesetzt werden.

Heutige industrielle Solarzellen kontaktieren den Siliziumwafer mit Metallkontakten aus Silber und Aluminium. Damit wandeln sie etwa 22 % des Sonnenlichts in elektrischen Strom um. Am Institut für Solarenergieforschung Hameln (ISFH) wird nun die nächste Solarzellengeneration entwickelt. Sie setzt mikrometerschmale Kontaktschichten aus polykristallinem Silizium (poly-Si) für die Stromerzeugung ein. In den Laboren des ISFH konnte damit bereits ein Rekordwirkungsgrad von 26,1 % erzielt werden, allerdings noch mit einem sehr aufwendigen und daher industriell nicht wirtschaftlich umsetzbaren Prozess für die Strukturierung der polykristallinen Kontaktfinger.

Die High-Tech-Schattenmasken aus Glas der Firma LPKF sind sehr vielversprechende Kandidaten, um die mikrometerschmalen polykristallinen Silizium Kontakte mit nur einem Herstellschritt und damit sehr kostengünstig zu produzieren. Dafür werden die Schattenmasken bei der Plasmabeschichtung auf den Siliziumwafer gelegt, sodass die Abscheidung des polykristallinen Siliziums nur in den geöffneten Bereichen der Schattenmaske erfolgt. Wegen der hohen Reinheits- und Präzisionsanforderungen bei der Solarzellenproduktion werden die Schattenmasken aus Glas hergestellt. Die thermische Ausdehnung des Glases kann an Silizium angepasst werden, sodass Positionsfehler aufgrund unterschiedlicher thermischer Dehnungen verhindert werden können.

Derart feine Geometrien für die Schattenmasken in das Glas einzubringen gelingt durch das von LPKF entwickelte LIDE-Verfahren (Laser-Induced-Deep-Etching). Es ermöglicht die mikrometerpräzise und zugleich kostengünstige Strukturierung von Dünnglas. Dabei bleibt das Glas frei von Defekten wie beispielsweise Mikrorissen oder thermischen Spannungen, die zu einem schnellen Bruch der Schattenmaske beim Beschichtungsprozess führen würden.

Kooperation für die Industriereife

LPKF und das ISFH haben nun einen Kooperationsvertrag vereinbart: Gemeinsam werden sie die Schattenmasken von LPKF für die kostengünstige Herstellung sehr leistungsfähiger Silizium-Solarzellen erforschen und optimieren. Das Ziel der strategischen Kooperation ist die Entwicklung einer hochsteffizienten Solarzelle mit einer produktionsreifen Plasmaabscheidung der polykristallinen Si-Kontakte durch Glasschattenmasken. Dazu werden spezielle Maskendesigns entwickelt, um diese in produktionstypische Beschichtungsanlagen integrieren zu können. Weiterhin soll durch spezielle Maskengeometrien die Abscheideeffizienz vergrößert werden.

Die ersten Erkenntnisse in der Kooperation zeigen, dass die durch die Glas-Schattenmaske aufgebrachten poly-Si-Kontaktfinger eine hohe Positionsgenauigkeit aufweisen. Sie reproduzieren die Maskenöffnungen auf dem Silizium-Wafer mikrometergenau und sind damit vielversprechend in Bezug auf einen Einsatz von Glasschattenmasken in der industriellen Produktion zukünftiger Siliziumsolarzellen.

von mg

www.isfh.de

www.lpkf.com

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