Das Prinzip solarer Photovoltaikzellen
1. **Photonenabsorption und -übertragung:** Photonen mit einer Energie, die kleiner als die Bandlückenbreite ist, werden bei Lichteinwirkung nicht absorbiert und passieren die Solarzelle.
2. **Energieverlust bei hochenergetischen Photonen:** Photonen mit einer Energie größer als die Bandlücke erzeugen Elektron-Loch-Paare, was zu einem gewissen Energieverlust führt.
3. **Ladungstrennung und -transport:** Es kommt zu Verlusten innerhalb des pn-Übergangs aufgrund der Trennung und des Transports fotogenerierter Ladungsträger.
4. **Rekombinationsverluste:** Beim Transport photogenerierter Träger treten Rekombinationsverluste auf.
5. **Spannungsabfall:** Die Ausgangsspannung fällt ab, was zu Kontaktspannungsverlusten führt.
Reduzierung elektrischer Verluste
1. Verwenden Sie hochwertige Siliziumwafer mit guter Kristallstruktur.
2. Entwickeln Sie ideale Techniken zur Bildung von pn-Übergängen.
3. Implementieren Sie optimale Passivierungstechniken.
4. Setzen Sie effiziente Metallkontakttechnologien ein.
5. Nutzen Sie fortschrittliche Front-Field- und Back-Field-Technologien.
Reduzierung optischer Verluste
Um die Zelleffizienz durch Minimierung optischer Verluste zu verbessern, wurden verschiedene Lichteinfangtheorien und -technologien entwickelt, darunter Oberflächentexturierung zur Reduzierung von Reflexionen, Antireflexionsbeschichtungen auf der Vorderseite, reflektierende Beschichtungen auf der Rückseite und kleinere Gitterlinienschattierungsbereiche.
TOPCon (Tunneloxid-passivierter Kontakt)
Aufbau von TOPCon-Solarzellen
Die Vorderseite von TOPCon-Solarzellen ähnelt herkömmlichen N-Typ- oder N-PERT-Solarzellen und besteht aus einem Bor (p+)-Emitter, einer Passivierungsschicht und einer Antireflexionsbeschichtung. Die Kerntechnologie liegt im rückseitig passivierten Kontakt, bestehend aus einer ultradünnen Siliziumoxidschicht (1-2 nm) und einer mit Phosphor dotierten mikrokristallinen Mischsilizium-Dünnschicht. Bei bifazialen Anwendungen wird die Metallisierung durch Siebdruck von Ag- oder Ag-Al-Gittern auf der Vorderseite und Ag-Gitter auf der Rückseite erreicht.
Tunneloxid-passivierter Kontakt
Die TOPCon-Struktur, die einen hohen Umwandlungswirkungsgrad von 25,7 % erreicht, besteht aus einer dünnen Tunneloxidschicht und einer mit Phosphor dotierten Polysiliziumschicht. Die mit Phosphor dotierte Polysiliziumschicht kann durch Kristallisieren von a-Si:H oder durch Abscheiden von Polysilizium mittels LPCVD hergestellt werden. Dies macht TOPCon zu einem vielversprechenden Kandidaten für hocheffiziente Solarzellentechnologie.
Heterojunction-Technologie (HJT)
Die Heterojunction-Technologie (HJT) kombiniert kristallines Silizium und amorphe Silizium-Dünnschichttechnologie und erreicht Wirkungsgrade von 25 % oder mehr. HJT-Zellen übertreffen die aktuelle PERC-Technologie in Bezug auf Effizienz und Leistungsabgabe.
Struktur von HJT-Solarzellen
HJT-Zellen verwenden als Substrat einen monokristallinen Siliziumwafer. Auf der Vorderseite des Wafers werden nacheinander ein intrinsischer a-Si:H-Film und ein a-Si:H-Film vom p-Typ aufgebracht, um einen pn-Heteroübergang zu bilden. Auf der Rückseite sind intrinsische und n-Typ-a-Si:H-Filme aufgebracht, um ein Rückseitenfeld zu bilden. Anschließend werden transparente leitfähige Oxidfilme abgeschieden, gefolgt von Metallelektroden durch Siebdruck, was zu einer symmetrischen Struktur führt.
Vorteile von HJT-Solarzellen
- **Flexibilität und Anpassungsfähigkeit:** Die HJT-Technologie gewährleistet auch bei extremen Wetterbedingungen eine hervorragende Produktionskapazität mit einem niedrigeren Temperaturkoeffizienten als herkömmliche Solarzellen.
- **Langlebigkeit:** HJT-Solarzellen können über 30 Jahre lang effizient arbeiten.
- **Höhere Effizienz:** Aktuelle HJT-Module erreichen Wirkungsgrade zwischen 19,9 % und 21,7 %.
- **Kosteneinsparungen:** Das in HJT-Panels verwendete amorphe Silizium ist kostengünstig und der vereinfachte Herstellungsprozess macht HJT erschwinglicher.
Perowskit-Solarzellen
Nachdem Perowskit-Solarzellen (PSCs) 2009 erstmals einen Wirkungsgrad von 4 % erreichten, erreichten sie bis 2021 einen Wirkungsgrad von 25,5 %, was großes akademisches Interesse auf sich zog. Die rasche Verbesserung von PSCs positioniert sie als aufstrebenden Stern in der Photovoltaik.
Struktur von Perowskit-Solarzellen
Fortschrittliche Perowskit-Zellen bestehen typischerweise aus fünf Komponenten: transparentes leitfähiges Oxid, Elektronentransportschicht (ETL), Perowskit, Lochtransportschicht (HTL) und Metallelektrode. Die Optimierung der Energieniveaus und Wechselwirkungen dieser Materialien an ihren Grenzflächen bleibt ein spannendes Forschungsgebiet.
Zukunft der Perowskit-Solarzellen
Die Forschung zu Perowskiten wird sich wahrscheinlich auf die Reduzierung der Rekombination durch Passivierung und Defektreduzierung, den Einbau von 2D-Perowskiten und die Optimierung von Grenzflächenmaterialien konzentrieren. Die Verbesserung der Stabilität und die Verringerung der Umweltbelastung sind Schlüsselbereiche zukünftiger Studien.
Qualitätskontrolle in der Produktion von Solar-Photovoltaikzellen
Ätzen und Texturieren
Oberflächenschäden werden durch Ätzen entfernt und durch die Texturierung entsteht eine lichteinfangende Oberfläche, die Reflexionsverluste reduziert. Die Reflexionsmessung überwacht diesen Vorgang.
Diffusion und Kantenisolation
Auf Siliziumwafern werden Diffusionsschichten gebildet, um pn-Übergänge zu erzeugen. Zur Verbesserung der Effizienz von Dünnschichtsolarzellen wird eine Passivierungsschicht aufgebracht, die anhand der Lebensdauer der Minoritätsträger, der Waferdicke und des Brechungsindex überwacht wird.
Antireflexbeschichtung
Auf die Oberfläche des Siliziumwafers wird eine Antireflexbeschichtung aufgetragen, um die Lichtabsorption zu verbessern. Mithilfe von PECVD wird ein dünner Film abgeschieden, der gleichzeitig als Passivierungsschicht dient. Transmissionsgrad und Schichtwiderstandsgleichmäßigkeit sind wichtige Messparameter.
Elektrodenherstellung
Die Gitterlinienelektroden sind auf der Vorderseite im Siebdruckverfahren aufgedruckt, die hinteren Feld- und Rückelektroden sind auf der Rückseite aufgedruckt. Temperaturkontrolle, Punktgenauigkeit und Gitterlinien-Seitenverhältnis sind wichtige Überwachungsindikatoren beim Trocknen und Sintern.
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Zeitpunkt der Veröffentlichung: 03.08.2024
