Das Funktionsprinzip von Solarzellen
1. **Photonenabsorption und -transmission:** Bei Lichteinfall werden Photonen mit einer Energie unterhalb der Bandlückenbreite 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:** Im pn-Übergang entstehen Verluste durch die Trennung und den Transport der photogenerierten Ladungsträger.
4. **Rekombinationsverluste:** Beim Transport der photogenerierten Ladungsträger treten Rekombinationsverluste auf.
5. **Spannungsabfall:** Die Ausgangsspannung sinkt, was zu Kontaktspannungsverlusten führt.
Reduzierung elektrischer Verluste
1. Verwenden Sie hochwertige Siliziumwafer mit guter Kristallstruktur.
2. Entwicklung idealer pn-Übergangsbildungstechniken.
3. Optimale Passivierungstechniken anwenden.
4. Effiziente Metallkontakttechnologien einsetzen.
5. Nutzen Sie fortschrittliche Technologien im Vorder- und Hinterfeld.
Reduzierung optischer Verluste
Zur Steigerung der Zelleffizienz durch Minimierung optischer Verluste wurden verschiedene Theorien und Technologien zur Lichtabsorption entwickelt, darunter Oberflächentexturierung zur Reduzierung von Reflexionen, Antireflexionsbeschichtungen auf der Vorderseite, reflektierende Beschichtungen auf der Rückseite und kleinere Gitterlinien-Schattierungsbereiche.
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, der aus einer ultradünnen Siliziumoxidschicht (1–2 nm) und einem phosphor-dotierten, mikrokristallinen Silizium-Dünnfilm besteht. Für bifaziale Anwendungen wird die Metallisierung durch Siebdruck von Ag- oder Ag-Al-Gittern auf der Vorderseite und Ag-Gittern auf der Rückseite realisiert.
Tunneloxidpassivierter Kontakt
Die TOPCon-Struktur, die einen hohen Wirkungsgrad von 25,7 % erreicht, besteht aus einer dünnen Tunneloxidschicht und einer phosphor-dotierten Polysiliziumschicht. Die phosphor-dotierte Polysiliziumschicht kann durch Kristallisation von a-Si:H oder durch Abscheidung 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 amorphes Silizium-Dünnschichttechnologie und erreicht Wirkungsgrade von 25 % oder mehr. HJT-Zellen übertreffen die derzeitige PERC-Technologie hinsichtlich Wirkungsgrad und Leistung.
Aufbau von HJT-Solarzellen
HJT-Zellen verwenden einen monokristallinen Siliziumwafer als Substrat. Auf der Vorderseite des Wafers werden nacheinander intrinsische a-Si:H-Schichten und p-dotierte a-Si:H-Schichten abgeschieden, um einen pn-Heteroübergang zu erzeugen. Die Rückseite wird mit intrinsischen und n-dotierten a-Si:H-Schichten beschichtet, um ein Rückseitenfeld zu bilden. Anschließend werden transparente leitfähige Oxidschichten abgeschieden, gefolgt von Metallelektroden, die mittels Siebdruck aufgebracht werden. Dadurch entsteht eine symmetrische Struktur.
Vorteile von HJT-Solarzellen
- **Flexibilität und Anpassungsfähigkeit:** Die HJT-Technologie gewährleistet eine hervorragende Produktionskapazität auch unter extremen Wetterbedingungen und weist einen niedrigeren Temperaturkoeffizienten als herkömmliche Solarzellen auf.
- **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
Perowskit-Solarzellen (PSCs), die 2009 erstmals einen Wirkungsgrad von 4 % erreichten, erzielten bis 2021 einen Wirkungsgrad von 25,5 % und weckten damit großes wissenschaftliches Interesse. Die rasante Verbesserung der PSCs macht sie zu einem vielversprechenden Kandidaten in der Photovoltaik.
Struktur von Perowskit-Solarzellen
Moderne Perowskit-Solarzellen bestehen typischerweise aus fünf Komponenten: transparentem leitfähigem Oxid, Elektronentransportschicht (ETL), Perowskit, Lochtransportschicht (HTL) und Metallelektrode. Die Optimierung der Energieniveaus und Wechselwirkungen dieser Materialien an ihren Grenzflächen ist nach wie vor ein spannendes Forschungsgebiet.
Zukunft der Perowskit-Solarzellen
Die Perowskitforschung wird sich voraussichtlich auf die Reduzierung der Rekombination durch Passivierung und Defektminimierung, die Integration zweidimensionaler Perowskite und die Optimierung von Grenzflächenmaterialien konzentrieren. Die Verbesserung der Stabilität und die Verringerung der Umweltbelastung sind zentrale Bereiche zukünftiger Forschung.
Qualitätskontrolle in der Solarzellenproduktion
Ätzen und Texturieren
Oberflächenschäden werden durch Ätzen beseitigt, und durch Texturierung entsteht eine lichtabsorbierende Oberfläche, wodurch Reflexionsverluste reduziert werden. Dieser Prozess wird durch Reflexionsmessungen überwacht.
Diffusion und Kantenisolierung
Auf Siliziumwafern werden Diffusionsschichten gebildet, um pn-Übergänge zu erzeugen. Zur Steigerung des Wirkungsgrades von Dünnschichtsolarzellen wird eine Passivierungsschicht abgeschieden, die über die Minoritätsträgerlebensdauer, die Waferdicke und den Brechungsindex überwacht wird.
Antireflexbeschichtung
Zur Verbesserung der Lichtabsorption wird die Oberfläche des Siliziumwafers mit einer Antireflexionsbeschichtung versehen. Mittels PECVD wird ein dünner Film abgeschieden, der gleichzeitig als Passivierungsschicht dient. Transmissionsgrad und Flächenwiderstandsgleichmäßigkeit sind wichtige Messparameter.
Elektrodenherstellung
Die Gitterlinienelektroden sind auf der Vorderseite im Siebdruckverfahren aufgebracht, die Rückseitenfeld- und Rückelektroden auf der Rückseite. Temperaturkontrolle, Punktgenauigkeit und Gitterlinien-Seitenverhältnis sind kritische Überwachungsindikatoren während des Trocknungs- und Sinterprozesses.
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Veröffentlichungsdatum: 03.08.2024
