Die Schattenseiten künstlicher Sonnen: Defizite eines Xenon-Simulators im Bereich unter 400 nm und extreme Schwankungen im Bereich über 800 nm im Vergleich zu normiertem Sonnenlicht.

Die Schattenseiten künstlicher Sonnen: Defizite eines Xenon-Simulators im Bereich unter 400 nm und extreme Schwankungen im Bereich über 800 nm im Vergleich zu normiertem Sonnenlicht.Schmid Group

Dabei sind die Abweichungen zwischen Messequipment-Lampen und der Norm längst bekannt. Z. B. hat das Fraunhofer-Institut für Solare Energiesysteme (Fraunhofer ISE) 2009 in Zusammenarbeit mit bedeutenden deutschen Zellherstellern und Messtechnikanbietern eine Analyse der physikalischen Ursachen vorgenommen, die zu Messunsicherheiten in der Zell- und Modulproduktion führen und dabei auch das Spectral Mismatch als kritischen Faktor benannt ( Warta, W. et al.: Precise Measurement of Solar Cell Performance in Production. Vortrag auf der PVSEC in Hamburg, 2009).

Die Branche tut gut daran, das Thema Spectral Mismatch ernst zu nehmen, was am Beispiel des selektiven Emitterätzens deutlich wird: Die junge Technologie, die inzwischen mit großem Interesse von Zellproduzenten nachgefragt wird, erreicht ihre vielversprechenden Effizienzgewinne von bis zu 0,8 % im Lichtspektrum unter 450 nm. Da die Solarzelle gerade in diesem Bereich vom Standard-Messequipment kaum stimuliert wird, bleiben die Effizienzgewinne nahezu unsichtbar.

Fatal wird es, wenn Zellherstellern die technischen Grenzen ihres Messequipments nicht bekannt sind. Dann müssen Prozessingenieure den Grund für die „verlorene“ Effizienzsteigerung in einer mangelhaften Passivierung der selektiv geätzten Emitterschicht vermuten, denn gerade die von kurzwelligem Licht im Emitter generierten Elektronen-Lochpaare haben die Eigenschaft, schnell zu rekombinieren und benötigen eine zuverlässige Passivierung. Diese wird über die Dicke der Siliziumnitritschicht (SiNx-Schicht) gesteuert. Also wird diese Dicke angepasst, um einen maximalen Kurzschlussstrom zu erreichen – und zwar in Abhängigkeit vom bestehenden Messequipment.

Die so erzielte Verbesserung unter künstlichem Sonnenlicht stellt bei Messungen unter normiertem Sonnenlicht aber eine Verschlechterung dar, wie eine aktuelle, noch unveröffentlichte gemeinsame Forschungsarbeit der Universität Konstanz und der Schmid Group zeigt, die sich mit den Auswirkungen des Spectral Mismatch in der Praxis beschäftigt.

Messequipment verbessern

Dr. Helge Haverkamp, Forschungsleiter im Bereich Photovoltaik der Schmid Group, und Dr. Christian Buchner, Leiter des Geschäftsbereichs Zelle der Schmid Group, setzen nun auf Aufklärung der Zellhersteller und anderer Marktteilnehmer.

Als Best Practice führt Dr. Buchner die Einführung der Schmid-Technologie zur Herstellung von Zellen mit selektivem Emitter im kombinierten Druck- und Ätzverfahren bei Sunrise Global Energy, Taiwan, an. Sunrise produziert mit dem leicht integrierbaren Schmid-Equipment erfolgreich Hocheffizienzzellen in einer 60-MW-Linie und hat für das zweite Halbjahr 2011 bereits Erweiterungen geordert. Die bei Sunrise (www.sunriseglobalsolar.com) erzielten Effizienzsteigerungen und Produktionskostensenkungen auf hohem Niveau waren aber nur deshalb möglich, weil der Zellhersteller gezielt in Messequipment investiert hat und konsequent auf die ordnungsgemäße Kalibration achtet.

Konsequente Kalibration

Die Effekte des Spectral Mismatch, die für die Technologie des selektiven Emitterätzens gelten, treffen in ähnlicher Weise auf die Verbesserungen durch dielektrisch passivierte und verspiegelte Rückseiten zu, die eine höhere Ausbeute des oberen Bereichs des Sonnenspektrums versprechen, und machen auch vor der Modulherstellung nicht halt. Die Schmid Group zeigt mit ihren Prozessen in der Modulherstellung, dass nur die konsequente Fortsetzung der Kalibration und die Verwendung von geeigneten Standardmaterialien zur Verkapselung die Effizienzgewinne des selektiven Emitters auch im Modul sicherstellen.

Weil Hersteller von Solarzellen und Modulen nicht auf die vielversprechenden neuen Technologien verzichten wollen, darf man hoffen, dass in der Massenproduktion beider Produkte neben weiteren Verbesserungen auch bald neu normiertes Sonnenlicht scheinen wird.

Technologie der selektiven Emitter

Die Schmid Group ist Hersteller und Anbieter von System- und Prozesslösungen u. a. in der Herstellung von Solarwafern, Zellen und Modulen. Das Produktportfolio umfasst Einzelequipment und schlüsselfertige Produktionslinien mit garantierten Leistungsparametern wie Produktionskapazität und Wirkungsgrad in den Bereichen Wafer, Zelle und Modul.

Für die Herstellung von Zellen mit selektivem Emitter sind die leicht integrierbaren Anlagen von Schmid bereits erfolgreich im Einsatz. Bis Ende 2011 rechnet die Schmid Group mit weltweit 5,5 GW installierter Kapazität ihres Equipments: Der SE-Jet ist ein hochpräziser Tintenstrahldrucker, der die Wachsmaske für den selektiven Emitter mit einer Genauigkeit von ±7 µm kontaktfrei aufbringt. Anschließende Inline-Nassprozesse zum Rückätzen des Emitters und Strippen der Wachsmaske sind eine Weiterentwicklung der zuverlässigen Prozess- und Anlagentechniken der Schmid Group.

Vorteile dieses kombinierten Druck- und Ätzverfahrens sind die schonende Behandlung der Zellen, hohe Genauigkeit und Prozessstabilität sowie die geringen Investitions- und Verbrauchskosten.