Rückseitensolarzelle mit Siliziumheterokontakten von HZB und ISFH erreicht Rekord-Wirkungsgrad
Kammförmig ineinandergreifende Metallkontakte auf der
sonnenabgewandten Seite der Rückseitensolarzellen mit
Siliziumheterokontakten. Zu sehen sind mehrere Testzellen
auf einem Siliziumwafer.
Foto: HZB/Jan Haschke
Unabhängiges Prüflabor bestätigt 20,2 Prozent
Eine neuartige Solarzelle, die so genannte „Rückkontaktierte Heteroübergang-Solarzelle“ hat einen enormen Sprung beim Wirkungsgrad geschafft: Wurden bis 2011 nur Werte von 15 bis 16 Prozent veröffentlicht, so erreichte eine Weiterentwicklung jetzt einen Wirkungsgrad von 20,2 Prozent. Sie entstand im Institut für Silizium-Photovoltaik (E-I1) des Helmholtz-Zentrum Berlin (HZB) in Zusammenarbeit mit dem Institut für Solarenergieforschung Hameln (ISFH) im Rahmen eines vom Bundesministerium für Umwelt und den Firmen Bosch, Schott Solar, Sunways und Stiebel Eltron unterstützten Projektes. Der Rekord wurde von einem unabhängigen Kalibrierlabor am Fraunhofer Institut für Solare Energiesysteme (ISE) in Freiburg im Breisgau gemessen.
Die rückkontaktierte Heteroübergang-Solarzelle vereinigt zwei verschiedene Photovoltaik-Technologien und ihre Vorteile: Rückkontakte und Siliziumheterokontakte. Bei Solarzellen mit Rückkontakten liegen die Metallfinger, die den bei Sonneneinstrahlung entstehenden Strom einsammeln, auf der Rückseite der Zelle - so werden Verschattungseffekte vermieden und es können breite, widerstandsarme Kontaktfinger verwendet werden. Bei der Heterokontakttechnologie kommen zwei Halbleiter mit unterschiedlichen Bandlücken in einer Solarzelle zum Einsatz. In diesem Fall handelt es sich um kristallines und amorphes Silizium, was an sich schon zu sehr hohen Wirkungsgraden führt. „Beide Verfahren haben den Vorteil, dass sie schon industriell genutzt werden“, sagt HZB-Institutsleiter Prof. Dr. Bernd Rech: „Das Kombinieren beider Konzepte gilt als Möglichkeit, sehr hohe Effizienzen um 25 Prozent zu erreichen. Damit könnte man den Preis pro erzeugtem Watt deutlich senken. Mit unserer Proof-Of-Concept Studie sind wir nun einen beachtlichen Schritt vorangekommen. In Zukunft wird es darum gehen, die Effizienz weiter zu erhöhen und einen möglichst einfachen Herstellungsprozess zu entwickeln.“
Die ersten Veröffentlichungen zu Silizium-basierten Heterorückkontakt-Solarzellen stammen aus dem Jahr 2007- so auch Publikationen aus dem HZB-Institut (Stangl et al.). Die bisher veröffentlichten Wirkungsgrade dieser Zellen lagen bis 2011 im Bereich von 15 bis 16 Prozent. Ende 2011 wurde auf der europäischen Photovoltaikkonferenz von der Entwicklungsabteilung des Solarzellenherstellers LG auch schon über einen Wirkungsgrad von ca. 22 Prozent berichtet, der allerdings bisher nicht von unabhängiger Seite bestätigt wurde. Im Frühjahr 2011 entstand eine kleinflächige Laborzelle mit einem Wirkungsgrad von 20,2 Prozent (Mingirulli et al. pss rrl, März 2011). Die vom HZB und ISFH im Rahmen des Projekts „TopShot“ entwickelte Rückkontakt-Heteroübergang-Solarzelle wurde nun vom Kalibrierlabor ISE CalLab vermessen und hat den höchsten unabhängig bestätigten Wirkungsgrad dieser Solarzellenart erreicht. „Wenn Experten verschiedener Felder gut zusammen arbeiten, beschleunigt das die Entwicklung erheblich“, stellt Prof. Dr. Nils-Peter Harder vom ISFH fest.
Prof. Nils-Peter Harder
ISFH
Tel.: +49 (0)5151-999-631
harder@isfh.de
- BESSY II: Eingebauter Sauerstoff verkürzt die Lebensdauer von FeststoffbatterienFeststoffbatterien sind sicher und leistungstark, aber ihre Kapazität nimmt zurzeit noch rasch ab. Ein Team der TU Wien, der Humboldt-Universität zu Berlin und des HZB hat nun eine TiS₂|Li₃YCl₆-Halbzelle an BESSY II analysiert. Dafür nutzte das Team eine spezielle Probenumgebung, die eine zerstörungsfreie Untersuchung unter realen Betriebsbedingungen ermöglicht. Durch die Kombination von Weich- und Hart-Röntgen-Photoelektronenspektroskopie (XPS und HAXPES) konnte ein neuer Degradationsmechanismus identifiziert werden. Dabei spielte das Element Sauerstoff eine besondere Rolle. Die Studie liefert wertvolle Einblicke, um Design und Fertigung von Feststoffbatterien zu verbessern.
- Elektrokatalysatoren: Ladungstrennung an der Fest-Flüssig-Grenzfläche modelliertWasserstoff spielt für die Wende hin zur CO₂-Neutralität eine entscheidende Rolle, sowohl als Energieträger als auch als Ausgangsstoff für die grüne Chemie. Die großtechnische Erzeugung von Wasserstoff durch Elektrolyse sowie vieler anderer chemischer Produkte erfordert jedoch deutlich kostengünstigere und effizientere Katalysatoren. Um Elektrokatalysatoren gezielt zu verbessern, ist es von großem Nutzen, die elektrochemischen Prozesse genau zu verstehen, die an der Grenzfläche zwischen dem festen Katalysator und dem flüssigen Medium ablaufen. Ein europäisches Team hat In der Fachzeitschrift Nature Communications ein leistungsfähiges Modell vorgestellt, das die Ladungstrennung an der Grenzfläche, die Bildung der elektrischen Doppelschicht sowie deren Einfluss auf die katalytische Aktivität hervorragend beschreibt.
- Theorie trifft Praxis – Wir gehen wieder an die HTW Berlin!Die Beratungsstelle für BIPV (BAIP) des HZB übernimmt wieder die Koordination und Ausführung der Vorlesung "Gebäudeintegierte Photovoltaik".