Fraunhofer ISE entwickelt III-V-Mehrfachsolarzelle mit 31,6 Prozent Wirkungsgrad

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von pv magazine International

Wissenschaftler des Fraunhofer ISE haben eine III-V-Galliumarsenid (GaAs)-Solarzelle mit einem neuen Frontmetallisierungsprozess hergestellt, der skalierbar, kostengünstig und effizient sein soll. Die hohen Kosten für die Herstellung von Solarzellen auf der Grundlage von Verbindungen aus III-V-Elementen, die nach den Gruppen des Periodensystems benannt sind, zu denen sie gehören, haben diese Geräte auf Nischenanwendungen wie Drohnen und Satelliten beschränkt, bei denen geringes Gewicht und hoher Wirkungsgrad wichtiger sind als die Kosten der erzeugten Energie. „Zum ersten Mal wird die erfolgreiche Anwendung von Masken- und Plattenmetallisierung auf solchen Zellen gezeigt“, so die Forscher. „In Anbetracht der Kosten und des Skalierungspotenzials hat die Masken- und Plattenmetallisierung das Potenzial, die Verarbeitung aller III-V-basierten photovoltaischen Bauelemente zu verändern.“

Für die Metallisierung verwendete die Gruppe die metallorganische Gasphasenepitaxie (MOVPE), eine chemische Gasphasenabscheidung zur Herstellung ein- oder polykristalliner Dünnschichten, und setzte außerdem ein neues zweistufiges Druckverfahren ein, das Berichten zufolge die Realisierung extrem schmaler Maskenöffnungen ermöglicht. „Durch die Verwendung solch schmaler Maskenöffnungen konnten plattierte Kontaktfinger realisiert werden“, so die Wissenschaftler, wobei die metallisierte Fläche der Probenzelle nicht größer war als die von der Maske begrenzten Teile. „Es zeigt, dass Finger mit einer Schattierungsbreite von (10,5 ± 0,8) Mikrometer realisiert werden können.“

Die Forscher haben auch die Tropfenabstände an den Maskenöffnungen der Finger, wo sie auf Busbars treffen, fein abgestimmt, um Widerstandsverluste zu vermeiden. „Dies gewährleistet eine große Homogenität in der Breite der endgültigen Finger und unterstützt so den durch Licht erzeugten Stromfluss aus der Zelle“, erklärten sie. Anschließend formten sie die Kontaktfinger durch galvanische Vernickelung in den Maskenöffnungen und sagten, dass sich die beschichteten Finger durch große Homogenität und Schärfe an den Fingerkanten auszeichnen. „Die Tatsache, dass die Fingerkanten keine blutungsähnlichen Strukturen aufweisen, unterstreicht die hohe Qualität dieser Metallisierung“, betonten sie.

Die mit der vorgeschlagenen Architektur gebaute Solarzelle erreichte einen Wirkungsgrad von 31,6 Prozent. „Dies zeigt deutlich das große Potenzial dieses Metallisierungsansatzes für III-V/Si-Solarzellen“, so die Wissenschaftler abschließend.

Ihr Ansatz wurde in der Publikation „Mask and plate: a scalable front metallization with low-cost potential for III-V-based tandem solar cells enabling 31.6 % conversion efficiency“ vorgestellt, die in den Scientific Reports veröffentlicht wurde.

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