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ABGESCHL. PROJEKTE

HERCULES (High Efficiency Rear Contact Solar Cells and Ultra Powerful ModuLES)

Ausgangslage

Der Photovoltaikmarkt ist derzeit hart umkämpft, denn asiatische Wettbewerber setzen europäische Hersteller zunehmend unter Druck. Damit die europäische Solarindustrie wettbewerbsfähig bleibt, muss sie

  1. Produktions- und Investitionskosten senken, um sich im Preiskampf mit der Konkurrenz aus aufstrebenden Industrieländern wie China oder Taiwan zu behaupten,
  2. in innovative industrielle Verfahren investieren, die hohe Wirkungsgrade bei niedrigen Produktionskosten erlauben, und
  3. Werkzeuge und Verfahren auf dem neuesten Stand der Technik entwickeln, die sich nur schwer kopieren lassen, um die technologische Führungsrolle zu sichern.

Mit diesen Anforderungen steht die europäische Industrie vor einem Paradox: Einerseits muss sie Kosten senken, andererseits erfordert hocheffiziente Solartechnik immer komplexere Fertigungsverfahren, die zu steigenden Investitions- und Herstellungskosten führen. Wir müssen also die Herkulesaufgabe bewältigen, hocheffiziente Solartechnik mit wettbewerbsfähigen industriellen Verfahren zu produzieren.
 

Ziele

Vor diesem Hintergrund verfolgen wir mit HERCULES die folgenden vier Hauptziele:

  1. ultra-hocheffiziente Solarmodule im Pilotmaßstab entwickeln (mittlerer Wirkungsgrad? >21 %)
  2. die Komplexität der Fertigungsschritte und nötigen Investitionen verringern und die Herstellungskosten von derzeit rund 0,8 bis 1,0 €/Wp auf 0,7 €/Wp im Pilotmaßstab senken
  3. die Lebensdauer der Solarmodule auf 35 Jahre erhöhen
  4. die Möglichkeit von ultra-hocheffizienten Solarzellen mit Wirkungsgraden jenseits von 25 % nachweisen
     

Beschreibung

Im Rahmen des HERCULES-Projekts werden innovative Solarzellen aus monokristallinem n-Typ-Silizium (c-Si) entwickelt. Sie sollen auf rückkontaktierten Solarzellen basieren, für die ein alternatives Verfahren zur Bildung des p-n-Übergangs angewandt wird. Daneben sollen weitere, an diese Technologie angelehnte Solarzellen entstehen, die unter anderem auch auf hybride Solarzellenkonzepte (Homo- und Hetero­übergang) zurückgreifen. Insbesondere wird eine Kombination aus den folgenden drei Konzepten untersucht:

  1. PERT-Zellen (Passivated Emitter, Rear Totally diffused)
    Diese Zellen bieten den Vorteil, dass sie mit dem Großteil der Anlagen kompatibel sind, die heute in p-Typ-Fertigungslinien genutzt werden. Um Fertigungslinien von einem p-Typ- auf ein n-Typ-basiertes Verfahren umzustellen, sind nur zwei zusätzliche Schritte notwendig. PERT-Zellen sind bifazial und erzielen daher eine um bis zu 30 % höhere Leistung als nicht-bifaziale Zellen.
     
  2. IBC-Zellen (Interdigitated Back Contact)
    Wenn alle elektrischen Kontakte an der Rückseite einer Zelle angebracht werden, kommt es nicht zu Abschattungsverlusten, und die Vorderseite kann beliebig optimiert werden. Außerdem bieten IBC-Zellen neue Möglichkeiten bei der Modulverschaltung.
     
  3. HET-Zellen (Heteroübergang)
    Bei Heteroübergängen von amorphem zu kristallinem Silizium führt die ausgezeichnete Passivierung der Waferoberfläche zu Leerlaufspannungen (VOC) von über 740 mV. Zudem können alle Fertigungsschritte mit Temperaturen von höchstens 250 °C durchgeführt werden, was das HET-Konzept besonders für sehr dünne Substrate (100 µm und weniger) interessant macht.

Diese Konzepte sind am vielversprechendsten, wenn es darum geht, extrem hohe Wirkungsgrade mit industriellen Verfahren zu erzielen. Die HERCULES-Strategie besteht darin, die entwickelten Verfahren so auf den industriellen Maßstab zu übertragen, dass alle wichtigen Kostenfaktoren im gesamten Herstellungsprozess berücksichtigt werden.

Die im HERCULES-Projekt entwickelten Solarzellenkonzepte sollen einen Wirkungsgrad von 25 % möglich machen. Dabei wird die Leistung der Module, die mit unserer Pilotlinie hergestellt werden, bei über 340 Wp liegen. Diese Konzepte ebnen den Weg für die extrem hohen Wirkungsgrade, die in der nächsten Generation von c-Si-basierten Solarzellen erreicht werden sollen.