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Die Quadratur des Stromkreises - Selektive Emitter zur Wirkungsgradsteigerung von Solarzellen

Eine kleine, für das Auge nicht wahrnehmbare Veränderung soll nach den Plänen des Aachener Forschungsverbunds ADMITTER eine mehr als sichtbare Folge nach sich ziehen, die geldwerte Vorteile in Millionenhöhe ermöglicht. Gemeinsam machen sich das Institut für Halbleitertechnik (IHT) der RWTH Aachen, die Solland Solar Cells GmbH und die AMO GmbH auf, den Wirkungsgrad von Solarzellen zu erhöhen und eine neue Technologie zu entwickeln, mit Hilfe derer die Qualität von massenproduzierten Solarzellen gesteigert werden soll.

Dr. Christian Moormann (AMO GmbH), Robert Bleidiessel (Solland Solar Cells GmbH) und Dr. Karl Wolter (Institut für Halbleitertechnik der RWTH Aachen)Die Konzentration der drei Technologiepartner richtet sich dabei auf den so genannten Emitter. „Der Emitter bildet die lichtseitige, hochsensitive Oberfläche einer Solarzelle“, erläutert Dr. Karl Wolter vom IHT. Dieser bestimmt maßgeblich den Wirkungsgrad sowie die Wirtschaftlichkeit einer Solarzelle. „Aktuell haben massengefertigte Solarzellen einen Wirkungsgrad von circa 16 bis 16,5%. Wir wollen eine Effizienzsteigerung um wenigstens 0,3% (abs.) bewirken“, nennt er zudem die konkreten Vorstellungen von ADMITTER und macht diese anhand einer Beispielrechnung greifbar. „Wenn eine Solarzelle 1,50 Euro pro Watt peek - die Maßeinheit für die maximale Leistung - kostet, kann eine Leistungssteigerung um nur 0,1 % (abs.) für eine Produktionslinie mit einer jährlichen Kapazität von 100 Megawatt zusätzliche Einnahmen von knapp einer Million Euro im Jahr bedeuten.“

Bis zur Erreichung dieser Vorgaben sind allerdings noch einige Verfahrenssimulations- und Prozessentwicklungsschritte zu gehen. Denn die Stromproduktion durch Solarzellen ist generell schon ein kompliziertes Verfahren. Um die Strahlungsenergie des Sonnenlichts in elektrische Energie umzuwandeln, muss in den Solarzellen ein elektrisches Feld erzeugt werden. Dies geschieht, indem die aus Siliziumatomen bestehenden Solarzellen auf einer Seite teilweise durch Phosphoratome ersetzt werden. Dieser Vorgang lässt den Emitter entstehen und wird Dotierung genannt.

Ungünstigerweise erhält die Technologie aber genau beim Emitter eine zusätzliche Komplexitätssteigerung. Denn einerseits ist eine möglichst niedrige Zahl von Dotieratomen für die Erzeugung von elektrischer Spannung bei Sonneneinstrahlung ideal. Andererseits erfordern hocheffiziente elektronische Kontakte zwischen dem Silizium der Solarzelle und den Metallfingern auf der Vorderseite der Solarzelle, die zum Abführen des Stromes aus der Zelle vonnöten sind, einen stark dotierten Emitter.

Diese Problematik nachhaltig zu überwinden, ist das Ziel von ADMITTER. Zusammen wollen Hochschule und Unternehmen eine Technologie entwickeln, die im Rahmen der aktuell gängigen Produktionsverfahren in der Solarzellenindustrie die Herstellung eines selektiven Emitters ermöglicht, der zwei unterschiedlich dotierte Gebiete aufweist. Bis Ende 2011 soll eine Lösung gefunden sein, die es einerseits erlaubt, unterhalb des Kontaktfingers eine hohe Dotierung zur Optimierung des elektrischen Kontaktes einzustellen, und andererseits in den Bereichen, die vom Sonnenlicht getroffen werden, die Dotierung niedrig zu halten.

„Eine solche Selektivität lässt eine deutliche Effizienzsteigerung erwarten, die in der Welt der Solarzellen eine überragende Bedeutung einnimmt“, blickt Wter erwartungsfroh in die Zukunft. Diese Steigerung verspricht sich auch die Landesregierung NRW, die das Projekt im Rahmen des Wettbewerbs „Energie.NRW“ mit rund 1,3 Millionen Euro aus Landes- und EU-Mitteln unterstützt. Neben der Realisierung eines innovativen Technologiefortschritts trägt das NRW-EU Ziel2-Programm damit ebenfalls zur Manifestierung des aufstrebenden Solartechnologiestandorts NRW bei.

weiterführende/zusätzliche Infos

Solland Solar Cells GmbH

Robert Beidiessel

Bohr 12

52072 Aachen

 

www.sollandsolar.com

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