Quelle: www.ise.fraunhofer.de
Der Einsatz von Ladungsträger-selektiven Kontakten ermöglicht die Realisierung höchster Solarzellen-Effizienz bei gleichzeitiger Beibehaltung einer potenziell schlanken Prozesssequenz. Mit 25,3 % für eine n-Typ-Solarzelle mit flächendeckendem Ladeträger-selektivem Backside-Kontakt hält Fraunhofer ISE den beidseitig kontaktierten Weltrekord für Silizium-Solarzellen. n-Typ Silizium bietet den Vorteil einer höheren Toleranz gegenüber Verunreinigungen. Aufgrund des niedrigeren Seigerungskoeffizienten im Vergleich zu p-Typ Silizium nimmt die Streuung des Basiswiderstandes jedoch zu. Durch den eindimensionalen Stromfluss von Solarzellen mit Ladungsträger-selektiven Kontakten beeinflusst der Basiswiderstand die Zellleistung nicht wesentlich. Erstmals wurde gezeigt, dass bei Basiswiderständen zwischen 1 und 10 cm Eine Wirkungvon von mehr als 25 % erzielt werden kann.
Der am Fraunhofer ISE entwickelte Ladungsträger-selektive Kontakt TOPCon (Tunneloxid passivated contact) basiert auf einem ultradünnen Tunneloxid in Kombination mit einer dünnen Siliziumschicht und ermöglicht eine hervorragende Chargenträgerselektivität. Mit dieser TOPCon Rückseite (Zellstruktur, Abb. 1, 20'20 mm2), ein Rekordwirkungsgrad von 25,3 % (VOc= 718 mV, Js= 42,5 mA/cm2, FF = 82,8%) könnte auf n-Typ Silizium für eine Solarzelle erreicht werden, die auf beiden Seiten kontaktiert wird.
Die Qualität des Siliziumwafers ist für die Produktion hocheffizienter Solarzellen unerlässlich. Durch die höhere Toleranz gegenüber Verunreinigungen sowie den Mangel an lichtinduziertem Abbau (LID) werden die aktuell höchsten Wirkungsgrade auf n-Typ-Silizium (im Labor sowie in der Produktion) erreicht. Der niedrigere Segregationskoeffizient von n-Typ Silizium im Vergleich zu p-Typ Silizium verursacht jedoch eine höhere Variation der Basenbeständigkeit während des Kristallwachstums. Für Solarzellen mit ausgeprägten Lateralstrukturen (PERC, IBC) können nur Siliziumwafer mit bestimmten Basiswiderständen und damit nur ein Teil der gesamten Kristallstange verwendet werden. Aufgrund des eindimensionalen Stromflusses in der Basis der TOPCon-Solarzelle hat der Basiswiderstand jedoch keinen signifikanten Einfluss auf die Leistung von Solarzellen. Wir konnten zeigen, dass dies auch in praktischen Anwendungen für höchste Effizienz umgesetzt werden kann. Wir erreichten Effizienzen ≥25 % bei Basiswiderstand zwischen 1 und 10 cm. Leerlaufspannungen (VOc) >715 mV und Füllfaktoren (FF) >81,5 % wurden für alle Basiswiderstände erreicht.
