Mit der Energiewende wächst der Anspruch an die Zuverlässigkeit von Photovoltaik-Modulen. Neben hohen Wirkungsgraden rückt die Beständigkeit gegen Umweltbelastungen in den Fokus, vor allem gegen UV-Strahlung. Besonders TOPCon- und HJT-Technologien zeigen nach längerer Exposition deutliche Effizienzverluste. Unsere Forschungsgruppe aus dem Projekt Artemis hat zusammen mit der centrotherm international AG erforscht, wie sich diese Stabilität gezielt verbessern lässt und in einer neuen Studie veröffentlicht.
Der Schlüssel liegt in der Herstellung der Aluminiumoxid-Schicht, die bei Solarzellen für die Passivierung sorgt. In der Untersuchung wurden zwei etablierte Verfahren verglichen:
- Plasma-enhanced chemical vapor deposition (PECVD)
- Tube-type plasma-enhanced atomic layer deposition (PEALD)
In unserer Studie wurden Mini-Module mit p-Typ-Back-Junction-Solarzellen untersucht, deren Vorderseite mit unterschiedlichen Passivierungsschichten ausgestattet war. Verglichen wurden AlOx-Schichten, die entweder per PECVD oder per PEALD hergestellt wurden. Beide Verfahren kamen im selben Anlagenkonzept zum Einsatz, um Unterschiede auf die Abscheidung selbst zurückzuführen.
Die Module wurden unter einer UV-Belastung von 146 kWh/m² getestet. Dies entspricht etwa vier Jahren realer Sonneneinstrahlung in Deutschland.
Zentrale Ergebnisse
- POLO-BJ Zellen mit PECVD-AlOx/SiNy-Stacks zeigten bis zu 27 % Leistungsverlust
- POLO-BJ Zellen mit PEALD-AlOx/SiNy-Stacks wiesen nur 2,5 % Verlust auf
- Der geringe Verlust stabilisierte sich nach einer Anfangsphase von 26 kWh/m²
- Zellen mit PEALD-Schichten wiesen keine Reduktion der Leerlaufspannung auf
- Lebensdauermessungen bestätigten: PECVD-Schichten reagieren empfindlicher auf kurzwellige UV-Strahlung (313 nm)
Warum ist das wichtig?
- UV-Stabilität lässt sich direkt auf Zellebene verbessern
- PEALD kann in bestehenden Tube-PECVD-Systemen integriert werden
- Kein Bedarf an UV-absorbierenden oder konvertierenden Folien
- Längere Modullebensdauer, höhere Zuverlässigkeit, geringere Leistungsdegradation
Die Ergebnisse zeigen, dass der PEALD-Prozess eine robuste und zugleich industrienahe Lösung bietet, um die Langzeitstabilität von Solarzellen zu erhöhen, was ein wichtiger Schritt für die Zuverlässigkeit zukünftiger PV-Technologien ist.