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Solarzellen-Produktionsprozesse

Leitung:Prof. Dr.-Ing. habil. Rolf Brendel

 

Alle Forschungsarbeiten in der Photovoltaik ordnen sich dem Ziel der kostengünstigen industrienahen Solarzellenfertigung unter. So entwickelt die Arbeitsgruppe „Solarzellen-Produktionsprozesse“ basierend auf einem industrienahen Standard-Siebdruck-Herstellungsprozess weiterführende Verbesserungen der Solarzellen hinsichtlich der Wirkungsgradsteigerung. Hierzu zählen insbesondere die Erhöhung der Spannung und des Stromes der Zellen durch Optimierung des Emitters sowie die Entwicklung einer produktionsnahen Rückseitenpassivierung. Außerdem stehen fortschrittliche Metallisierungstechniken wie der „Fineline Siebdruck“ und das „Hochraten-Aluminium-Aufdampfen“ im Zentrum der Aktivitäten.

Abb 1: Der Durchlauf-Feuerungsofen in der Technologiehalle. In dem Ofen werden Siliciumwafer kurzzeitig auf Temperaturen von bis zu 900°C geheizt, um siebgedruckte Metallkontakte mit dem Silicium zu verbinden. Die Durchlaufzeiten liegen bei unter einer Minute.

Wirkungsgrade von Solarzellen, die im Labor erreicht werden, liegen bei 25%. Zwischen Labor- und industriell erreichbaren Wirkungsgraden klafft jedoch eine große Lücke, weil es nach wie vor an Technologien mangelt, mit denen höchsteffiziente Solarzellen industriell hergestellt werden können. Fünf Arbeitsgruppen des ISFH beschäftigen sich mit unterschiedlichen Aspekten der industriellen Umsetzbarkeit von Laborentwicklungen. Die Arbeitsgruppe „Modul- und Verbindungstechnik“ entwickelt neue Verbindungstechniken für Photovoltaikmodule. Neben den Standardverbindungstechniken werden Laserlöten, Laserschweißen, Leitkleben und andere Lötverfahren untersucht und für die industrielle Modulfertigung vorbereitet. Die Gruppe entwickelt Methoden für das Auffinden von Schäden in Solarmodulen und führt Auftragsarbeiten zur Fehleranalyse von Modulen mit beschleunigten Alterungstests gemäß der Norm IEC 61215–2 durch.

Ziel der Gruppe „PV-Materialforschung“ ist es, ein umfassendes Verständnis der Auswirkung von Defekten und Defektreaktionen in unterschiedlichen Siliciummaterialien auf Solarzelleneigenschaften zu entwickeln. Mit Hilfe von gezieltem „Defect Engineering“ wird die Materialqualität der heute in der Photovoltaik eingesetzten mono- und multikristallinen Siliciumwafer verbessert. Ein weiterer Schwerpunkt liegt in der Untersuchung von neuen Ansätzen zur Oberflächenpassivierung.

In der Gruppe „Silicium Dünnschichtzellen“ konzentriert man sich auf die Herstellung und Charakterisierung von monokristallinen Silicium-Dünnschichtsolarzellen und -modulen aus Schichttransferprozessen. Dabei werden Technologien eingesetzt, mit denen äußerst material- und energiesparend monokristalline Siliciumschichten mit Dicken weit unter 50 µm hergestellt werden können. Solarzellen aus kommerziell erhältlichem Standardmaterial werden in der Arbeitsgruppe „Silicium-Wafersolarzellen“ hergestellt. Grundsätzlich geht es dabei um die Entwicklung neuer Verfahren und Prozesse zur Herstellung kostengünstiger hocheffizienter Solarzellen auf der Basis kristalliner Siliciumwafer. Schwerpunkt ist die Anwendung berührungsloser Techniken wie der Lasermaterialbearbeitung, lokaler Nasschemie und Vakuumaufdampfen.

Schließlich ist auch die Computersimulation von Solarzellenkonzepten eine wichtige Aufgabe in der Abteilung Photovoltaik. Die an der Leibniz Universität Hannover ansässige Arbeitsgruppe „Simulation“ entwickelt physikalische Modelle für solche Computersimulationen. Damit können Phänomene quantitativ beschrieben werden, deren Kenntnis für die Optimierung von Solarzellen wesentlich sind. So wird nicht nur das physikalische Verständnis von Solarzellen erweitert, es werden auch die limitierenden Verluste in realen Solarzellen analysiert, und daraus Hinweise für verbesserte Zellstrukturen abgeleitet.

 

Ansprechpartner Leibniz Universität Hannover

Prof. Dr.-Ing. Rolf Brendel
Institut für Solarenergieforschung Hameln
r.brendelisfh.de

 

 

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