Herstellung, Charakterisierung und Simulation semitransparenter, bifacialer kristalliner Siliziumsolarzellen
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Zusammenfassung
Semitransparente Solarzellen, bei denen ein Teil des eingestrahlten Lichtes transmittiert wird, eröffnen der Photovoltaik neue Möglichkeiten insbesondere in der Architektur, z.B. bei hochwertigen Solarfassaden. Die Eigenschaft, von beiden Seiten eingestrahltes Licht in elektrische Energie umzuwandeln (Bifacialität), steigert die Energieausbeute der Zelle insbesondere bei Montage vor stark reflektierenden Hintergründen.
Die vorgestellte, sogenannte bifaciale POWER-Zelle (Polycrysttaline Wafer Engineering Result) erhält ihre Semitransparenz durch winzige (200µm) Löcher in der Zelle. Diese entstehen an den Schnittpunkten von, auf der Front- und Rückseite senkrecht zueinander mittels Präzisionssägen eingebrachten, tiefen Gräben. Sie dienen gleichzeitig zur elektrischen Verbindung des rück- mit dem frontseitigen Emitters.
Es wurden industriell umsetzbare Herstellungssequenzen für bifaciale POWER-Zellen entwickelt und verglichen. Die erzielten Wirkungsgrade liegen mit 12 -13 bei einer optischen Transmittanz von 11 -16 wesentlich höher als bei bisherigen semitransparenten Dünnschicht-Solarzellen (ca. 4).
Die Zellen weisen trotz ihrer Transmittanz mit über 30 mA/cm² z.T. eine höhere Photostromdichte als vergleichbar hergestellte, opake Referenzzellen auf. Dies begründet sich aus der makroskopischen Oberflächentextur und dem beidseitigen Emitter. Die Zellen leiden unter geringeren offenen Klemmspannungen und Füllfaktoren. Beides ist ein Resultat eines, im Vergleich zu konventionellen Zellen, um etwa 5 - 10 mal größeren Sättigungsstroms. Als Hauptgrund werden, unterstützt durch zweidimensionale Computersimulationen, die jeweils rund um die Löcher an die Oberfläche tretende Raumladungszone identifiziert.
Mit der Al-P-Kodiffusion wird ein zum Patent angemeldetes Verfahren vorgestellt, das erlaubt, auf sehr einfache Weise sperrende pn-Übergänge zu erzeugen und damit die Herstellung neuartiger Solarzellen mit verschachtelten p- und n-Typ-Bereichen wesentlich vereinfacht
Zusammenfassung in einer weiteren Sprache
Semitransparent solar cells that partly transmit the incoming light offer new possibilities for photovoltaics, especially in architecture. For example, new markets can be opened up in high quality solar facades. The bifaciality which means the property to transform light reaching both sides of the cell into electrical energy, increases the energy yield of the cell especially when mounted in front of highly reflecting backgrounds.
The presented bifacial POWER-cell (POlycrystalline Wafer Engineering Result) gets its semitransparency from tiny (<200µm) holes within the cell. These occur at the cross point of deep grooves that are implemented on the front and rear side of the cell perpendicularly using precision dicing saws. At the same time, they serve as an electrical interconnection of the front and the rear side emitters leading to the desired bifaciality.
Different industrially applicable processing sequences for bifacial POWER cells have been developed and compared in this thesis. The obtained efficiencies of 12 - 13 at an optical transparency of 11 -16 are significantly higher than those of conventional semitransparent solar cells (< 4 ) based on thin film technologies.
Despite their transparency the cells show a high photo current. This is a result of the macroscopic surface texturisation and the bifacial. On the other hand the cells suffer from reduced open circuit voltages and fill factors that are result of an increased (by factor 5 - 10) saturation current. The enhanced recombination within the space charge region that is reaching the surface of the cell has been identified by characterisation and by 2- dimensional computer simulations as the main reason.
Finally, with regard to the Al-P-codiffusion, a patent-pending processing sequence is proposed which allows the creation of rectifying pn-junctions in a simple, industrially applicable way. With this technique, solar cell designs using interdigitated p- and n-type regions can be produced economically
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ISO 690
KÜHN, Ralph, 2000. Herstellung, Charakterisierung und Simulation semitransparenter, bifacialer kristalliner Siliziumsolarzellen [Dissertation]. Konstanz: University of Konstanz. ISBN 3-930803-97-6BibTex
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