Fraunhofer ISE erzielt für p-type-TOPCon-Solarzelle Wirkungsgrad von 21,2 Prozent

Die meisten TOPCon-Solarzellen (tunnel-oxide passivated contact) werden mit n-type-Wafern gebaut, da deren passivierende Kontakte technische und physikalische Vorteile gegenüber denen von p-type-Wafern haben. Die Verwendung von p-type-Wafern könnte es jedoch erleichtern, die Produktion dieser Zellen in bestehende PERC-Zelllinien zu integrieren, ohne zu viele Änderungen in den derzeitigen Produktionsprozessen vornehmen zu müssen.

Vor diesem Hintergrund haben Forscher des Fraunhofer-Instituts für Solare Energiesysteme ISE versucht, den Produktionsprozess für hocheffiziente p-type-TOPCon-Zellen zu verbessern. Sie haben die besten Metallisierungspasten identifiziert, die helfen, den Kontaktwiderstand und die Kontaktrekombination zu reduzieren und eine Prozesssequenz für die Herstellung solcher Zellen zu entwickeln.

Die Freiburger Wissenschaftler testeten zunächst eine Gruppe von elf Silber oder Silber-Aluminium-Metallisierungspasten. Nachdem sie die am besten geeigneten identifiziert hatten, integrierten sie diese in den Produktionsprozess. „Insgesamt stellen wir fest, dass für eine effektive Kontaktierung hauptsächlich dedizierte TOPCon-Pasten verwendet werden sollten, und einige der Pasten, die für n-dotierte TOPCon-Schichten beworben werden, funktionieren auch recht gut für p-dotierte TOPCon-Schichten“, erklären die Wissenschaftler.

Der Herstellungsprozess beinhaltet die Bildung der p-type-Rückkontakte durch chemische Niederdruck-Gasphasenabscheidung (LPCVD) einer in-situ Bor-dotierten Polysiliziumschicht. Die Prozesssequenz umfasst außerdem eine Hochtemperatur-Ausglühen und das Aufbringen einer Siliziumnitrid-Schicht durch plasmaunterstützte chemische Gasphasenabscheidung (PECVD) auf beiden Seiten der Zelle. Die Forscher erklärten, dass eine Erhöhung des Wirkungsgrads um 0,2 Prozent durch die Implementierung einer Siliziumnitrid-Schicht Opferschicht für die Hydrierung zu einer besseren Oberflächenpassivierungsqualität der passivierenden Kontaktstruktur führen kann.

„Derzeit verursacht der zusätzliche Hydrierungsschritt in der Tat zusätzliche Kosten, da ein weiteres PECVD-Tool verwendet werden muss, um die rückwärtige Siliziumnitrid-Schicht zweimal abzuscheiden“, sagte der ISE-Forscher Sebastian Mack auf Anfrage von pv magazine. „Wir haben keinerlei Anstrengungen unternommen, um die anfängliche Siliziumnitrid-Schicht auf der Rückseite hochtemperaturstabil zu machen, so dass es möglich wäre, diese Schicht beizubehalten und damit die Kosten zu senken.“ Für die Solarzelle verwendete die Forscher Bor-dotierte Cz-Si-Wafer mit M2-Größe.

„Wir haben gezeigt, dass die besten Gesamtergebnisse bei einer Polysilizium-Schichtdicke von 240 Nanometern erzielt werden“, erklärten die Freiburger Wissenschaftler weiter. Sie fügten hinzu, dass sie unter dieser Konfiguration einen Leistungsumwandlungswirkungsgrad von 21,2 Prozent erreichten.

Trotz der bemerkenswerten Effizienz glaubt Mack, dass es noch viel Raum für Verbesserungen gibt. „Derzeit wird die Rekombination sehr stark von der Rekombination auf der Vorderseite dominiert und hier greift unser Prozess etwas zu kurz, und wir haben hier weder einen selektiven Emitter implementiert noch unseren besten Prozess für die Vorderseitenpassivierung angewendet, den wir nach dem Experiment entwickelt haben“, sagte er. „Außerdem haben wir kürzlich eine Methode entwickelt, um den Serienwiderstand deutlich zu reduzieren, was allein schon den Wirkungsgrad um mindestens 0,3 Prozent steigern sollte.“

Mack erklärte weiter, dass der Hersteller Tempress die Polysiliziumschichten geliefert hat. Zum Zeitpunkt der Studie gab es noch keine Möglichkeit, die Polysiliziumschicht an die Anforderungen des Prozessablaufs anzupassen. „Die Ergebnisse stammen bereits von Ende 2019, aber bis jetzt hatte ich keine Zeit, das Paper zu schreiben“, so Mack weiter.

Die Forscher präsentierten ihre Ergebnisse in der Studie „Progress in p-type Tunnel Oxide-Passivated Contact Solar Cells with Screen-Printed Contacts“, die kürzlich in Solar RRL veröffentlicht wurde.