Neue Kontakte steigern Effizienz von Solarzellen

Neue Kontakte steigern Effizienz von Solarzellen

Die gängige Solarzelle leidet unter Kontaktschwierigkeiten: Ein Teil der Ladungsträger geht beim Verlassen der Zelle über den Kontakt verloren. Ihr Wirkungsgrad ist daher begrenzt. Ein neues Verfahren hat die Kontakte erheblich verbessert und könnte so dazu beitragen, die Verluste der Ladungsträger zu reduzieren: In einem gemeinsamen Forschungsprojekt vom Institut für Materialien und Bauelemente der Elektronik (MBE) an der Leibniz Universität Hannover und dem Institut für Solarenergieforschung in Hameln (ISFH) ist es Dr. Udo Römer in seiner Promotionszeit gelungen, die neuartigen Kontakte herzustellen.

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 an Vorder- und Rückseite abgeführt werden. Dazu braucht man beidseitig Kontakte aus Metall, über die die Ladungsträger weitergeleitet werden. An dieser Stelle – beim Übergang vom Metall zum Silizium und umgekehrt – kommt es bislang zu hohen Verlusten an Ladungsträgern.

Hier setzen nach Angaben von Prof. Dr.-Ing. Tobias Wietler, der die Promotion von Dr. Udo Römer als Doktorvater betreut hat, die neu entwickelten, sogenannten POLO Kontakte an. POLO steht für „polycrystalline Silicon on Oxide“ und beschreibt die nun neu verwendeten Schichten. Um die positiven Ladungsträger auf der einen und die negativen Ladungsträger auf der anderen Seite der Solarzelle zu extrahieren, hat Dr. Römer 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 wird als dünne Schicht auf einem hauchdünnen Film aus Siliziumoxid aufgetragen. Diese isolierende Zwischenschicht passiviert die Kontakte.

Durch Erhitzen auf Temperaturen um die 800 Grad Celsius entstehen winzig kleine Poren in der darunter liegenden Passivierung. Der Durchmesser der Poren liegt im Nanometerbereich. Durch sie können die Ladungsträger nahezu verlustfrei über die polykristalline Siliziumschicht und die Metallkontakte weitergeleitet werden. Die Verluste können so um einen Faktor 100 reduziert werden. Die sogenannten POLO Kontakte vereinen daher eine effiziente Stromextraktion aus der Solarzelle mit einer exzellenten Passivierung. „Mit seiner Arbeit hat Dr. Römer einen Grundstein für eine zukunftsweisende Technologie gelegt, die eine weitere deutliche Wirkungsgradsteigerung erlaubt und auf existierenden Produktionsplattformen hergestellt werden kann“, erklärt Prof. Dr. Robby Peibst, der die Forschungsarbeiten zu passivierenden Kontakten am ISFH leitet. Die Aussichten auf industrielle Anwendung seien deshalb sehr gut. „Dr. Römer hat in seiner Arbeit die Möglichkeiten des ISFH, des MBE, aber auch des Laboratoriums für Nano- und Quantenengineering an der Leibniz Universität Hannover gut ausgenutzt. Das zeigt, wie fruchtbar die Zusammenarbeit von ISFH und Leibniz Universität ist“, ergänzt Professor Wietler.