Lichteinfang in der Silizium-basierten Dünnschichtsolarzellen-Technologie (LIST)

BMU Verbundvorhaben

Während waferbasierte Solarzellen auf der Verwendung von Siliziumscheiben mit einer Dicke zwischen 0,1 und 0,3 mm als Halbleitermaterial basieren, wird bei Dünnschichtsolarzellen versucht, durch die Verwendung dünner Halbleiterschichten mit einer Dicke zwischen 1 und 10 µm (0,001 bis 0,01 mm) die Kosten für die Herstellung der Solarzelle massiv zu senken. Dünnschichtsolarzellen aus Silizium können dabei auf unterschiedlichen Siliziumformen, etwa amorphem, mirkokristallinem und polykristallinem Silizium, basieren. Allen diesen Technologien ist gemein, dass sie auf der Verwendung von nicht-toxischen und aufgrund Ihrer Häufigkeit sehr kostengünstigen Elementen beruhen. Solarzellen auf der Basis von amorphem und mikrokristallinem Silizium werden in der Produktion auch schon auf Substratengrößen von bis zu 5,7 m2 hergestellt.

Nachteilig ist jedoch der bisher noch zu geringe Wirkungsgrad der Module, der in der Produktion bisher unterhalb von 10 % liegt. Ursächlich hierfür ist der geringe Absorptionskoeffizient von Silizium, der dafür sorgt, dass dünne Schichten nur einen Teil der eintreffenden Sonnenstrahlung nutzen können. Abhilfe schaffen hier lichtstreuende Strukturen, die dafür sorgen, dass das Sonnenlicht mehrfach in der Zelle hin- und hergeworfen wird und auch in einer dünnen Schicht einen langen Weg zurücklegt. Hierdurch kann der zur Stromerzeugung genutzte Anteil des Sonnenlichtes deutlich gesteigert werden. Mit Hilfe solcher Ansätze sind im Labor Wirkungsgrade um 12 % erzielt worden.

Aufgabe des Verbundvorhabens ist es einerseits, durch die Verwendung neuer Strukturen und Materialien den Laborwirkungsgrad weiter zu steigern, sowie die im Labor erfolgreichen Konzepte zur Produktionsreife zu bringen, um auch auf großen Substratflächen Wirkungsgrade von deutlich mehr als 10 % zu ermöglichen.

Das Helmholtz-Zentrum Berlin arbeitet im Teilvorhaben "Niedrig absorbierende Frontkontaktsysteme" insbesondere an der Integration von absorptionsarmen TCO-Schichten in Dünnschichtsolarzellen. Die Kombination solcher Materialien mit lichtstreuenden Elementen wird untersucht. Neben der Integration in die Produktion von a-Si:H/µc-Si:H Tandemsolarzellen (PVcomB) steht die Nutzung der Frontkontaktsysteme für Dünnschichtsolarzellen auf der Basis von polykristallinem Silizium im Vordergrund.

Standorte der Projektpartner