Fraunhofer ISE und Solaria erreichen durch thermische Laserabscheidung bei Topcon-Schindelsolarzelle 22 Prozent Wirkungsgrad

Wissenschaftler des Fraunhofer-Instituts für Solare Energiesysteme ISE und des US-amerikanischen Modulherstellers Solaria haben eine Solarzelle entwickelt, die auf der Topcon-Technologie und dem Schindeldesign basiert.

„Nach unserem Kenntnisstand ist dies die erste Veröffentlichung, die sich mit Topcon -Schindel-Solarzellen befasst, die durch thermische Lasertrennung (TLS) separiert und durch die Passivated-Edge-Technologie (PET) kantenpassiviert wurden“, so der ISE-Forscher Elmar Lohmüller gegenüber pv magazine. „Die PET ist eine Eigenentwicklung des Fraunhofer ISE, um die Schnittverluste in den heutigen halbgeschnittenen, drittgeschnittenen oder geschindelten Solarzellen durch eine einfache Nachbearbeitung der vereinzelten Zellen mit hohem Durchsatz zu beheben.“

Das Fraunhofer ISE hat das Verfahren bereits 2018 zum Patent angemeldet und bietet interessierten Partnern eine Bemusterung der Technologie an. Solaria ist einer der ersten Industriepartner, der PET nach der Metallisierung auf Topcon-Schindelsolarzellen testet.

„PET kann Effizienzverluste bei einem vielversprechenden Durchsatz effektiv reduzieren“

„Der PET-Ansatz könnte ein zentrales Bedürfnis der Industrie adressieren – Effizienzverluste, die durch das Schneiden der Zellen entstehen, auf kosteneffiziente Weise abzumildern“, so Ricky Dunbar, ein Sprecher von Solaria, gegenüber pv magazine. „Unsere Zusammenarbeit mit dem Fraunhofer ISE hat gezeigt, dass PET diese Verluste für Topcon-Schindelzellen bei einem vielversprechenden Durchsatz effektiv reduzieren kann.“

Der vorgeschlagene Herstellungsprozess nutzt die thermische Laserseparation (TLS) anstelle des konventionellen Laserritzen und mechanischen Spaltens (LSMC) zur Zellvereinzelung. TLS erfordert nur ein kurzes anfängliches Laserritzen mit einem Spaltlaser und einem Wasser-Luft-Aerosolstrahl, um einen Anfangsriss zu erzeugen, der sich dann in jede Richtung durch den Wafer ausbreiten kann.

„Dies führt zu Schnitten mit sehr glatten Kantenoberflächen“, erklären die Wissenschaftler und weisen darauf hin, dass das TLS mit dem von der deutschen Firma 3D-Micromac entwickelten microDICE-Lasersystem durchgeführt wurde.

„Der in dieser Arbeit optimierte TLS-Prozess führt zu bis zu 0,2 Prozent effizienteren Schindelzellen direkt nach der Trennung im Vergleich zu Schindelzellen, die mit LSMC vereinzelt wurden“, erklären die Forscher. Die auf TLS basierende Zelle erreichte einen Wirkungsgrad von 22,0 Prozent.

„Effizienzgewinn hat erhebliches Potenzial, Mehrkosten zu überkompensieren“

Das Forscherteam stellte seine Ergebnisse im Aufsatz „TOPCon shingle solar cells: Thermal laser separation and passivated edge technology“ vor, der kürzlich im wissenschaftlichen Fachmedium Progress in Photovoltaics veröffentlicht wurde.

„Da wir uns erst in der Entwicklungsphase einer industriellen PET-Anlage befinden, sind valide Daten zu Ausbeuteverhältnissen der beiden Ansätze für eine verlässliche Kostenkalkulation noch nicht ausreichend vorhanden“, sagt Lohmüller. „Allerdings kommt mit PET ein Prozessschritt hinzu, der nach unserem derzeitigen Kenntnisstand leicht auf die aktuellen Durchsatzanforderungen skalierbar ist. Der nachgewiesene Effizienzgewinn hat also ein erhebliches Potenzial, die Mehrkosten zu überkompensieren.“