GENESIS: Neuartige und weiterentwickelte Produktionsprozesse für die nächste Generation von Silizium Solarzellen

Das ISFH Teilvorhaben unterstützt die Prozessentwicklung der Industriepartner Innolas, RENA und Centrotherm Industries in drei zentralen Aspekten des GENESIS Verbundprojektes, nämlich 1) bei der evolutionären Weiterentwicklung der Prozesstechnologie und des Wirkungsgrades von industriellen bifazialen PERC+ Solarzellen, 2) bei der Integration eines ladungsträgerselektiven POLO (Poly Silicon on Oxide) Kontaktes auf der PERC+ Rückseite und 3) bei der Charakterisierung und Simulation der Solarzellen.

Bei der Technologieentwicklung soll im ISFH SolarTeC ein Referenzprozess für  bifaziale PERC+ Solarzellen mit siebgedruckten Ag und Al Fingergrids mit einem Wirkungsgrad von 23,0% bei Beleuchtung von der Vorderseite entwickelt werden, welches deutlich über den aktuellen Stand der Technik von etwa 22,0% Wirkungsgrad von industriell produzierten PERC Solarzellen hinausgeht. Bei Beleuchtung von der Rückseite sollen die PERC+ Solarzellen einen Wirkungsgrad von über 18,4% erreichen, welches einer Bifazialität größer 80% entspricht. Das ISFH Teilvorhaben entwickelt dafür einen hochwertigen laserdotierten selektiven Emitter, der mit Ag Siebdruck-Fingern kontaktiert wird. Die PERC+ Rückseite soll mit sehr schmalen Al Finger mit Breiten unter 75 µm für eine verringerte Abschattung der Rückseitenmetallisierung kontaktiert werden sowie die Laserkontaktöffnungen entsprechend weiterentwickelt werden. Zudem soll die Rückseite der PERC+ Zellen mittels weiterentwickelter nasschemischer Reinigungs-  und Politurverfahren bezüglich der Lichteinkopplung optimiert werden.

Bezüglich der POLO Kontakte besteht die Herausforderung im GENESIS Teilvorhaben vor allem darin, die beidseitige LPCVD Poly-Si Abscheidung kostengünstig mit möglichst geringem Mehraufwand in den bestehenden PERC+ Produktionsprozess zu integrieren. Dazu sollen insbesondere Aspekte der Prozessführung evaluiert werden, wie die Homogenität des nasschemischen Grenzflächenoxids, die einseitige Entfernung der POLO Schicht sowie die verlustarme Kontaktierung der POLO Schichten mittels Ag Siebdruck. Die Integration dieser Prozessschritte in einen produktionsrelevanten PERC Prozess soll J0-Werte der gesamten PERC Rückseite < 10 fA/cm² ermöglichen und Wirkungsgrade größer 23,5%.

Für die Technologieentwicklung und die weitere Wirkungsgradsteigerung ist ein detailliertes Verständnis der wesentlichen Verlustmechanismen einer Solarzelle unerlässlich. Zur Unterscheidung von rekombinations- und serienwiderstandsbedingten Einflüssen auf die Strom-Spannungs-Kennlinie der Solarzellen werden analytische Verfahren  entwickelt. Zur Bewertung der Solarzellenvorderseite wird die Modellierung der internen Quanteneffizienz (IQE) erweitert, um den Einfluss der Rekombination im Emitter vom Einfluss der Absorption in dielektrischen Schichten zu trennen. Die bei der Charakterisierung der Einzelprozesse gewonnen Daten werden in Solarzellensimulationen verwendet, um den Fortschritt bei der Optimierung der Einzelprozesse in Bezug Wirkungsgradsteigerungen in der Solarzelle zu bewerten. Diese Simulationen geben außerdem Auskunft über das jeweils verbleibende Potential für weitere Verbesserungen und erlauben es den jeweils aussichtsreichsten Schritt für weitere Wirkungsgradsteigerungen auszuwählen.

Für die präzise Messung der Sammeleigenschaften und des Wirkungsgrades von bifazialen Solarzellen sind neue Verfahren zur Kontaktierung der Solarzellenrückseite notwendig. Verschiedene Kontaktierverfahren und Messvorschriften insbesondere für bifaziale Solarzellen ohne stromsammelnde Busbars werden untersucht. Hierzu werden für die existierenden Messsysteme neue Kontaktiereinheiten entwickelt und getestet.