Ziel des Forschungsvorhabens NEXTSTEP ist es, kristalline Silizium-Solarzellen mit passiviertem Emitter und passivierter Rückseite (PERC), die gegenwärtig in den Massenmarkt integriert werden, in ihrer Effizienz bei Verwendung von für die Massenproduktion nutzbaren Prozessen bis zu 23% zu steigern. Wege dazu sind die busbarlose Zellkontaktierung (SmartWire-Technologie) zur Verringerung der Reflexions- und Rekombinationsverluste der Zellvorderseite, der Umstieg auf eine bifaziale PERC Zelle (PERC+) und neue Prozesse zur Rückseiten-Passivierung und -Textur zur Effizienzsteigerung und damit verbundener Reduzierung der Stromgestehungskosten. Detallierte Materialanalysen charakterisieren Wachstumsmechanismen und optimieren Abscheideprozesse. Untersuchungen zur UV Stabilität der Passivierung und zur Kompatibilität mit der SMARTWire-Technologie optimieren die Lebensdauer der PV Anlagen. Alternative Zellstrukturen wie Zellen mit passivierten Kontakten werden ebenfalls untersucht, da sie ein sehr hohes Wirkungsgradpotential aufweisen. Jedoch erfordern sie auch den höchsten Aufwand bei der Integration in vorhandene Produktionslinien.
Dieses Projekt hat die Entwicklung von Prozessen zur industriellen Fertigung von Solarzellen mit einem Wirkungsgrad größer 23% und deren Einsatz in Modulen mit SmartWire Verbindungstechnik zur Aufgabe. Insbesondere wird die Metallisierung von PERC Solarzellen auf der Zellvorder- und Rückseite für den Einsatz in SmarWire Modulen weiterentwickelt. Der Umstieg auf die SmartWire Verbindungstechnik reduziert den Metallisierungsgrad der Zellen, was sowohl zu einer Reduktion der Ladungsträgerrekombination an der Zellvorderseite als auch zu einer verbesserten Lichteinkopplung führt. Zusätzlich werden die Zellherstellungskosten durch Umstieg auf eine bifaziale PERC Zelle (PERC+) reduziert und der Rückseitenwirkungsgrad durch neue Prozesse zur Rückseitenpassivierung und der Rückseitentextur weiter gesteigert. Zellbedingte Zuverlässigkeitsaspekte, wie z.B. UV Stabilität der Passivierung und Kompatibilität mit der SmartWire-Technologie, werden mitevaluiert. Um die Modulkosten weiter zu senken, werden Zellprozesse zur Herstellung von Bypassdioden im Modul untersucht. Da nicht absehbar ist, ob diese oder alternative Zellstrukturen wie Zellen mit passivierten Kontakten wie z.B. die Polysilizium-Passivierung (POLO) günstiger für den nächsten Zellevolutionsschritt geeignet sind, werden am ISFH auch passivierte Kontakte untersucht. Solarzellen mit passivierten Kontakten haben ein sehr hohes Wirkungsgradpotential, erfordern aber auch den höchsten Aufwand bei der Integration in vorhandene Produktionslinien.
Das Vorhaben hat zum Ziel, Bor- und Phosphor dotierte Glasschichten, die mit unterschiedlichen chemical vapour deposition (CVD) - Technologien abgeschieden worden sind, als Dotierquellen für eine Laserdotierung zu nutzen, bevor der thermische Eintreibeschritt appliziert wird. Diese Prozessabfolge soll dazu genutzt werden, kostengünstige Hochleistungssolarzellen der PERL-Bauart zu entwickeln, die einen wirtschaftlich tragfähigen Herstellungsprozess haben.
Das Fernziel besteht darin, die Strömung im Tiegel bei der Czochralski (Cz)-Kristallzüchtung unter den Parametern des realen Industrieprozesses zu verstehen und numerisch simulieren zu können. Da eine direkte Messung der Strömungsgeschwindigkeiten in der Si-Schmelze nicht verfügbar ist und bestenfalls mit der kontaktlosen Strömungstomographie in einigen Jahren zur Verfügung steht, sind Modellexperimente wesentlich zur Validierung numerischer Simulationen. Diese Modellexperimente sollen möglichst im Bereich der realen Prozessparameter stattfinden und eine umfassende Ausmessung der Strömung erlauben, womit für die Modellschmelze nur Metallschmelzen mit relativ niedriger Schmelztemperatur in Frage kommen. Mit den Arbeiten im Vorhaben sollen systematisch lokale Strömungsgeschwindigkeiten und lokale Temperaturen in Modellexperimenten durchgeführt werden. Die Daten sollen zur Validierung der numerischen Simulationen von Projektpartnern dienen.
Das Ziel der Arbeiten am Fraunhofer IISB in Erlangen und an seiner Außenstelle am Fraunhofer THM in Freiberg ist es, die Czochralski-Kristallzüchtungstechnologie zur Herstellung von hochqualitativen Siliziumkristallen für die Anwendung in der Photovoltaik im Hinblick auf die Reduktion des Sauerstoffs im Kristallmaterial weiter zu entwickeln und gleichzeitig die Prozesskosten zu senken. Die von Fraunhofer IISB/THM erzielten wissenschaftlich-technischen Erkenntnisse aus der Prozess- und Hardwareentwicklung, der numerischen Modellierung und der Materialcharakterisierung bilden dabei die Grundlage für die Optimierung der bestehenden Czochralski-Technologie beim Industriepartner Solar World Innovations GmbH.
Im Projekt APPI sollen kostengünstige Atmosphärendruck (AP) - Prozesse entwickelt werden, die die bisher üblichen Vakuum- und Niederdruckprozesse ersetzen können und so zu einer Senkung der Produktionskosten für kristalline Silizium-Solarzellen führen. Im Einzelnen handelt es sich dabei um: - Fortschrittliche Texturverfahren: nasschemisches, durch Metall-Nanopartikel katalysiertes Ätzen; Trockenätzen mittels Atmosphärendruckplasma - APCVD Phosphor-Dotierquellen und Diffusion (CVD: Chemical Vapor Deposition) - Passivierungs- und Antireflexschichten aus Atmosphärendruck-Abscheidung mittels AP PECVD oder APCVD (PECVD: Plasma Enchanced CVD) Die zu entwickelnden Prozesssequenzen sollen zu einer deutlichen Kostensenkung bei der Herstellung hocheffizienter PERC-Solarzellen (Passivated Emitter and Rear Cell) führen, wodurch die Wettbewerbsfähigkeit europäischer Zell- und Modulhersteller sowie Anlagenbauer auf dem Weltmarkt gestärkt wird. Das Verbundprojekt gliedert sich in die folgenden sieben Arbeitspakete (AP): - AP 0: Projektleitung - AP 1: Fortschrittliche Textur und Oberflächenbehandlung - AP 2: Atmosphärendruck-Abscheidung von Dotierquellen und Diffusion - AP 3: Atmosphärendruck-Abscheidung von Passivier- und Antireflexionsschichten - AP 4: Integration in den Solarzellenprozess - AP 5: Solarmodulherstellung und -testen - AP 6: Charakterisierung und Simulation.
Entwicklung einer selektiv kontaktierenden Paste, die mittels Schablonen- und Extrusionsdruck aufgebracht werden kann. Die Arbeitsplanung umfasst die Hauptpunkte 'Materialentwicklung, Technologieentwicklung und den Transfer ins industrielle Umfeld'. Durch die systematische Auswahl und Charakterisierung von Kontaktsystemen soll eine selektive Kontaktbildung erreicht werden, welche die Rekombinationsverluste auf der Solarzellenvorderseite reduziert. Durch die gezielte Auswahl an Dispergiermitteln und oberflächenaktivierenden Netzmittel sollen die Pasten sowohl für den Sieb- bzw. Schablonendruck als auch für den Extrusionsdruck geeignet sein.
Verfahren zur weiteren Senkung der Herstellkosten kristalliner Siliciumsolarzellen zu entwickeln, ist der Schlüssel zum Erfolg für deutsche Unternehmen auf dem Gebiet der Photovoltaik. Dazu ist der Übergang zu neuen höhereffizienten Solarzellentechnologien wie PERC wesentlich. Die Beschichtung mit hochpassivierenden kostengünstigen Schichtsystemen spielt hier als Rückseitenpassivierung eine wichtige Rolle. Zur Erreichung der Ziele werden in SIMPLEX in-situ-Charakterisierungsverfahren eingesetzt und weiterentwickelt. Sowohl elektrische (SEERS), chemische (OES) als auch optische Methoden (Ellipsometrie) zur Analyse der entwickelten Plasmen und Schichten werden genutzt. Zur Einbindung in einen industriellen Beschichtungsprozess werden die SEERS- und OES-Methoden so weiterentwickelt, dass Regelgrößen für einen Regelkreis zur Prozessstabilisierung bereitgestellt werden und eine Prozessdatenbankanbindung über Standardschnittstellen ermöglicht wird. Zielgerichtet eingesetzte, vielfältige ex-situ-Charakterisierungsverfahren ermöglichen die detaillierte Analyse der Prozessergebnisse.
Der vorliegende Antrag der MLU ist Teil des Verbundprojektes STRUKTURSOLAR II. Die Anwendung innovativer Strukturierungskonzepte in Solarzellen der nächsten Generation für verbesserte Wirkungsgrade bei reduziertem technologischen Herstellungsaufwand soll erforscht werden. Dabei sollen die vorhandenen Kompetenzen in der Grundlagenforschung der Martin-Luther-Universität Halle-Wittenberg (MLU) und anwendungsorientiertes Know-how der Hochschule Anhalt (HSA) in einem kooperativen Forschungskolleg zusammengeführt werden. Mehrere Promotionsthemen sollen jeweils in Teilen an beiden Hochschulen bearbeitet werden. Das Projekt adressiert Themen der Strukturierung sowohl von Dünnschichtmodulen (Mikrostrukturierte CIGSe Kontakte, Thermische Laser Strukturierung, Perowskitsolarzellen auf Silicium, Strukturierte Substrate) als auch von Siliciumwafer-basierten Solarzellen (Plasmastrukturiertes schwarzes Silicium, Makroporöses Silicium, Defektlokalisierung von PERC-Kontakten). Die Plasmatexturierung zur Präparation von hochabsorbierenden Silicium Oberflächen (schwarzes Silicium) und anschließende Passivierung sollen bis hin zu kompletten Solarzellen weiter optimiert werden. Alternativ soll makroporöses Silicium mittels metall-unterstützter chemischer Ätzung die Absorption erhöhen. Strukturierte Rückkontakte von PERC Zellen sollen mittels abbildender Methoden im Hinblick auf Defekte untersucht werden. Die Zusammenführung der neuartigen Perowskitsolarzellen und Wafer Silicium soll mittels nasschemischer und physikalischer Verfahren erforscht werden. Auch für Dünnschichtsolarzellen ist das Photonenmanagement durch Strukturierung ein vielversprechendes Thema. Hierbei geht es sowohl um die Optimierung eines strukturierten Rückkontaktes z.B. von CIGSe Solarzellen als auch um die Lichteinkopplung durch plasmastrukturierte Substrate. Das Modulthema der integrierten Serienverschaltung soll mit dem neuen Thema der thermischen Laserstrukturierung vorangetrieben werden.
| Organisation | Count |
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| Bund | 29 |
| Wissenschaft | 7 |
| Type | Count |
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| Förderprogramm | 29 |
| License | Count |
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| Offen | 29 |
| Language | Count |
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| Deutsch | 29 |
| Englisch | 2 |
| Resource type | Count |
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| Keine | 2 |
| Webseite | 27 |
| Topic | Count |
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| Boden | 17 |
| Lebewesen und Lebensräume | 16 |
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| Mensch und Umwelt | 29 |
| Wasser | 13 |
| Weitere | 29 |