Mit n-Typ Solarzellen zu höheren Wirkungsgraden

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Forscher des Fraunhofer Instituts für Solare Energiesysteme ISE haben mit einem neuen Verfahren eine so genannte n–Typ-Solarzelle hergestellt, die nach eigenen Angaben einen Wirkungsgrad von mehr als 23 Prozent Wirkungsgrad hat.

Um den Unterschied zu herkömmlichen kristallinen Solarzellen zu verstehen, muss man sich die einzelnen Schichten genauer ansehen. Siliziumzellen bestehen aus zwei unterschiedlich dicken Bereichen, die sich in ihrer Leitfähigkeit unterscheiden. Der eine ist n-leitend, der andere p-leitend, wobei n für einen Überschuss negativer Ladungsträger steht, der zum Beispiel durch eine Verunreinigung des Siliziums mit Phosphor entsteht, und p für einen Überschuss positiver Ladungsträger, der etwa durch eine Verunreinigung mit Bor hervorgerufen wird. In marktüblichen Zellen besteht die untere dickere Schicht aus p-leitendem Silizium, die obere dünne Schicht aus n-leitendem. Diese Zellen reagieren sehr empfindlich auf unerwünschte Verunreinigungen mit zum Beispiel Eisen, die bereits bei niedrigen Konzentrationen den Wirkungsgrad deutlich verschlechtern.

n-Typ-Zellen sind genau umgekehrt aufgebaut: die dicke untere Schicht besteht aus n-leitendem Silizium, die dünne obere aus p-leitendem. Der große Vorteil dieser Zellen ist, dass ihr Wirkungsgrad durch Verunreinigungen weniger beeinträchtigt wird. Dadurch ist es entweder möglich, mit billigerem Silizium zu arbeiten, das mehr Verunreinigungen enthält, oder Zellen mit sehr hohem Wirkungsgrad herzustellen.

Schwierigkeiten bei Herstellung

Bisher werden jedoch kaum n-Typ-Zellen produziert, da die Herstellung schwierig ist. Das Hauptproblem ist, wie man die Oberseite dieser Zelle behandeln muss. Die Verfahren aus der Herstellung herkömmlicher Zellen, bei denen man zum Beispiel eine Antireflexschicht aus Siliziumnitrid erzeugt, funktionieren bei n-Typ-Zellen nicht. Die Forscher aus Freiburg haben stattdessen jetzt Aluminiumoxid genutzt.

Das Ergebnis ist vielversprechend. Auf einer zwei mal zwei Quadratzentimeter großen Fläche gelang es den Wissenschaftlern im Labor, einen Wirkungsgrad von 23,54 Prozent zu erreichen. das sei für diesen Zelltyp Weltrekord. Mit industrienahen Prozessen würden sie bereits 18,2 Prozent Wirkungsgrad auf 12,5 mal 12,5 Quadratzentimeter erreichen. Das Fraunhofer Institut will ihn auf über 20 Prozent bringen. (Michael Fuhs)